Leseprobe - Pearson Studium

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Leseprobe - Pearson Studium

Die biologischen und evolutionären

Grundlagen des Verhaltens

3.1 Vererbung und Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.1.1 Evolution und natürliche Selektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.1.2 Variationen im Genotyp des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3

3.2 Das Nervensystem in Aktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.1 Das Neuron. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2.2 Aktionspotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.2.3 Synaptische Übertragung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2.4 Neurotransmitter und ihre Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.3 Biologie und Verhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.3.1 Ein Blick ins Gehirn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Kritisches Denken im Alltag:

Was bedeutet „Es liegt in den Genen“? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.3.2 Das Nervensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.3.3 Gehirnstrukturen und ihre Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.3.4 Hemisphärenlateralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.3.5 Das endokrine System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

3.3.6 Plastizität und Neurogenese: Unser Gehirn verändert sich . . . . . . 99

Psychologie im Alltag:

Warum beeinflusst Musik, wie man sich fühlt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

ÜÜBERBLICK

B E R B L I C K

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Was macht uns zu einzigartigen Individuen?

Dieses Lehrbuch gibt viele verschiedene Antworten

auf diese Frage, doch im vorliegenden Kapitel

konzentrieren wir uns auf die biologischen Aspekte

unserer Individualität. Um besser verstehen zu können,

was uns von anderen Menschen unterscheidet,

gehen wir zuerst auf die Rolle ein, welche die Vererbung

für unser Leben und die Ausformung unseres

Gehirns spielt, das unsere Erfahrungen steuert. Natürlich

können wir diese Unterschiede nur vor dem Hintergrund

dessen richtig einschätzen, was wir mit allen

anderen Menschen gemein haben. Betrachten wir

dieses Kapitel deshalb als ein Kapitel über das biologische

Potenzial: Welche Möglichkeiten des Verhaltens

kennzeichnen die menschliche Spezies und wie

treten diese Möglichkeiten bei bestimmten Mitgliedern

dieser Spezies in Erscheinung?

In gewisser Weise stellt dieses Kapitel einen Beweis

für einen bemerkenswerten Aspekt unseres biologischen

Potenzials dar: Unser Gehirn ist hinreichend

komplex, um eine systematische Erforschung seiner

eigenen Funktionen zu unternehmen. Warum ist dies

so bemerkenswert? Das menschliche Gehirn wird

manchmal mit einem sensationellen Computer verglichen:

Mit nur 1,5 Kilogramm enthält unser Gehirn

mehr Zellen, als sich Sterne in unserer Galaxie befinden

– über 100 Milliarden Zellen, die erstaunlich effizient

miteinander kommunizieren und Informationen

speichern. Doch selbst der beste Computer der Welt ist

nicht fähig, über die Regeln nachzudenken, die seine

eigenen Abläufe steuern. Wir sind also weit mehr als

ein Computer; unser Bewusstsein erlaubt es uns, unsere

gewaltige Rechenleistung bei dem Versuch einzusetzen,

die Verhaltensregeln unserer eigenen Spezies zu

erkunden. Die Forschung, die wir in diesem Kapitel

beschreiben, erwuchs aus der dem Menschen eigenen

Sehnsucht, sich selbst zu verstehen.

Für viele Studierende wird dieses Kapitel eine größere

Herausforderung darstellen als der Rest dieses

Buches. Es ist erforderlich, einiges über die Anatomie

und viele neue Begriffe zu lernen. Dies scheint weit

von dem entfernt zu sein, was man von einem Einführungswerk

in die Psychologie erwartet. Das Verstehen

unserer biologischen Natur wird uns jedoch befähigen,

das komplexe Zusammenspiel von Gehirn, Geist,

Verhalten und Umwelt besser zu erkennen, aus dem

die einzigartige Erfahrung der menschlichen Existenz

erwächst.

Unser Ziel für dieses Kapitel ist es, dem Leser den

biologischen Anteil am Entstehen einzigartiger Individuen

vor dem gemeinsamen Hintergrund an Möglichkeiten

verständlich zu machen. Um dieses Ziel zu erreichen,

beschreiben wir zunächst, wie Evolution und

Vererbung unseren Körper und unser Verhalten bestimmen.

Dann werden wir sehen, wie Labor- und klinische

Forschung einen Blick auf die Arbeitsweise des

Gehirns, des Nervensystems und des endokrinen Systems

ermöglichen. Im Anschluss betrachten wir einige

interessante Beziehungen zwischen diesen biologischen

Funktionen und einigen Aspekten unserer

alltäglichen Erfahrungen. Schließlich behandeln wir

Unterschiede zwischen Individuen hinsichtlich der

Beziehung zwischen Gehirn und Verhalten.

Vererbung und Verhalten 3.1

In Kapitel 1 haben wir als eines der Hauptziele der

Psychologie den Versuch definiert, die Ursachen für

die Vielfalt menschlicher Verhaltensweisen aufzudecken.

Eine wichtige Dimension kausaler Erklärungen

in der Psychologie wird durch die Pole von Anlage

(oder Erbe) und Umwelt aufgespannt. Betrachten wir

wie in Kapitel 1 die Frage nach den Wurzeln aggressiven

Verhaltens. Man könnte denken, dass Menschen

aufgrund bestimmter Aspekte ihrer biologischen Ausstattung

aggressiv sind: Ein Mensch hat seine Gewaltneigung

vielleicht von einem Elternteil geerbt. Oder

man ist der Meinung, dass alle Menschen eine etwa

gleiche Veranlagung zur Aggression besitzen und dass

der Grad der Aggression, den Menschen letztlich an

Psychologen versuchen oft, die verschiedenartigen Einflüsse von

Anlage und Umwelt auf den Verlauf des Lebens festzustellen.

Warum ist es möglicherweise einfacher, Umwelteinflüsse zu identifizieren

als Erbeinflüsse?

66


3.1 Vererbung und Verhalten

3.1.1 Evolution und natürliche Selektion

Frisch von der Universität mit einem Abschluss in

Theologie setzte im Jahre 1831 Charles Darwin in England

die Segel und war auf der HMS Beagle, einem

Meeresforschungsschiff, fünf Jahre auf See, um die

Küste Südamerikas zu erforschen. Während dieser

Reise sammelte Darwin alles, was seinen Weg kreuzte:

Meerestiere, Vögel, Insekten, Pflanzen, Fossilien, Muscheln

und Steine. Seine ausführlichen Notizen legte

er seinen Büchern zugrunde, die sich mit Themen von

der Geologie über Emotion bis hin zur Zoologie befassten.

Darwins bekanntestes Buch ist The Origin of Species

(Die Entstehung der Arten), veröffentlicht 1859

(deutsch 1884). In diesem Werk legte Darwin die bedeutendste

naturwissenschaftliche Theorie dar: die

Evolution des Lebens auf dem Planeten Erde.

Natürliche Selektion

Welche Beobachtungen brachten Charles Darwin letztlich dazu,

die Evolutionstheorie aufzustellen?

den Tag legen, als Reaktion auf die Bedingungen der

Umwelt entsteht, in der sie aufgewachsen sind. Die

richtige Antwort auf diese Frage wirkt sich grundlegend

darauf aus, wie die Gesellschaft mit übermäßig

aggressiven Menschen umgeht – ob man sich darauf

konzentriert, bestimmte Umweltbedingungen oder

aber bestimmte Aspekte der Person selbst zu verändern.

Die Kräfte der Vererbung müssen von den Kräften

der Umwelt unterschieden werden können.

Weil die Merkmale der Umwelt direkt beobachtbar

sind, ist es oft leichter zu verstehen, wie sie das Verhalten

von Menschen beeinflussen. Man kann zum

Beispiel ein Elternteil, das sich gegenüber einem Kind

aggressiv verhält, beobachten und sich fragen, welche

Folgen eine solche Behandlung später auf die Aggressionsneigung

des Kindes haben wird; man kann die

beengten und ärmlichen Verhältnisse beobachten, in

denen manche Kinder aufwachsen, und sich fragen,

ob diese Umweltmerkmale zu aggressivem Verhalten

führen. Im Gegensatz dazu sind die biologischen Kräfte,

die das Verhalten formen, nie mit bloßem Auge zu

erkennen. Um die Biologie des Verhaltens verständlicher

zu machen, werden wir zunächst einige grundlegende

Prinzipien beschreiben, die das mögliche

Verhaltensrepertoire einer Spezies formen – das sind

Bestandteile der Evolutionstheorie. Dann beschreiben

wir, wie die Variation des Verhaltens von Generation

zu Generation weitergegeben wird.

Darwin entwickelte seine Evolutionstheorie, indem er

über die Arten von Tieren nachdachte, denen er während

seiner Reise begegnet war. Einer der vielen Orte,

die die Beagle besuchte, waren die Galapagosinseln,

ein vulkanischer Archipel vor der Westküste Südamerikas.

Diese Inseln sind Zufluchtsorte für diverse Tierarten,

darunter 13 Arten von Finken, die heute Darwinfinken

genannt werden. Darwin fragte sich, wie es

dazu kam, dass so viele unterschiedliche Arten von

Finken diese Inseln bevölkern. Er folgerte, dass sie

nicht vom Festland gekommen sein konnten, weil solche

Arten dort nicht existierten. Deshalb vermutete er,

dass die Artenvielfalt einen Prozess widerspiegelt,

den er später natürliche Selektion (natürliche Auslese)

nannte.

Nach Darwins Theorie entstammt jede Spezies der

Finken einer gemeinsamen Gruppe von Vorfahren. Ursprünglich

fand eine kleine Schar von Finken ihren

Weg auf eine der Inseln: Sie paarten sich untereinander,

und ihre Zahl vervielfachte sich schließlich. Mit

der Zeit zogen einige Finken auf andere Inseln des

Archipels. Was dann geschah, war der Prozess der

natürlichen Selektion. Futterquellen und Lebensbedingungen

– ökologische Nischen – variieren beträchtlich

von Insel zu Insel. Auf einigen Inseln gedeihen

Beeren und Körner, andere sind mit Kakteen

bedeckt, und wieder andere weisen eine Menge Insekten

auf. Zu Anfang waren die Populationen auf allen

Inseln ähnlich – es gab Variationen zwischen den

Gruppen von Finken auf jeder Insel. Weil jedoch die

Futterressourcen auf den Inseln begrenzt waren, hatten

diejenigen Vögel die besten Überlebens- und Fort-

67


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

pflanzungschancen, deren Schnabelform gut zu den

Futterquellen passte, die es auf der Insel gab. Vögel,

die zum Beispiel auf Inseln zogen, die reich an Beeren

und Körnern waren, überlebten und reproduzierten

sich mit größerer Wahrscheinlichkeit, wenn sie mit

einem dicken Schnabel ausgestattet waren. Vögel mit

dünnerem, spitzerem Schnabel, der für das Knacken

und Aufbrechen von Körnern ungeeignet war, starben

auf diesen Inseln. Die Umwelt jeder Insel legte fest,

welche Individuen der ursprünglichen Population

überleben und sich fortpflanzen würden und welche

wahrscheinlich eingehen würden, ohne Nachkommen

produziert zu haben. Im Laufe der Zeit führte dies zu

sehr unterschiedlichen Populationen auf jeder Insel,

und unterschiedliche Arten von Darwinfinken konnten

sich aus der ursprünglichen Gruppe der Vorfahren

entwickeln.

Generell postuliert die Theorie der natürlichen Selektion,

dass Organismen, die gut an ihre jeweilige

Umwelt – gleich, wie diese Umwelt beschaffen ist –

angepasst sind, mehr Nachkommen produzieren als

die schlechter angepassten. Nach einiger Zeit werden

Organismen, die geeignetere Eigenschaften zum Überleben

besitzen, zahlreicher sein als diejenigen, die diese

Eigenschaften nicht aufweisen. Aus evolutionärer

Sicht wird der Erfolg eines Individuums an der Anzahl

seiner Nachkommen gemessen.

Neuere Forschungen haben gezeigt, dass die natürliche

Selektion sogar nach kurzer Zeit drastische Auswirkungen

haben kann. In einer Reihe von Studien

von Peter und Rosemary Grant (Grant & Grant , 1989;

Grant, 1986; Weiner , 1994) an verschiedenen Arten

von Darwinfinken wurden Niederschlagsmenge, Futterversorgung

und Größe der Population dieser Finken

auf einer der Galapagosinseln aufgezeichnet. Im Jahre

1976 umfasste die Population weit mehr als 1000 Vögel.

Das folgende Jahr brachte eine mörderische Trockenheit

mit sich, die den größten Teil des Futterangebots

vernichtete. Die kleinsten Körner wurden zuerst

gefressen, nur größere und härtere Körner blieben übrig.

In diesem Jahr sank die Finkenpopulation um

mehr als 80 Prozent. Jedoch starben mehr kleinere

Vögel mit kleinerem Schnabel als größere Finken mit

dickerem Schnabel. Folglich wurden, wie Darwin es

vorhergesagt hätte, die größeren Vögel in den folgenden

Jahren zahlreicher. Warum? Weil nur die mit

größerem Körper und dickerem Schnabel fit genug waren,

um sich auf die veränderte Umwelt auf Grund der

Trockenheit einzustellen. Interessanterweise fiel 1983

reichlich Regen, und es gab Körner im Überfluss, insbesondere

die kleineren. Daraus resultierte, dass die

kleineren Vögel die größeren überlebten; wahrscheinlich

war ihr Schnabel besser für das Picken kleinerer

Körner geeignet. Die Untersuchung der Grants zeigt,

dass natürliche Selektion sogar in kurzen Abschnitten

bemerkenswerte Effekte nach sich ziehen kann. Forscher

dokumentieren weiterhin den Einfluss der Umwelt auf

die natürliche Selektion bei verschiedenen Spezies,

68


3.1 Vererbung und Verhalten

beispielsweise der Europäischen Fruchtfliege (Huey et

al., 2000) und dem Stichling (Rundle et al., 2000).

Obwohl Darwin das Fundament für die Evolutionstheorie

legte, werden von seinen Nachfolgern heute

noch Mechanismen evolutionären Wandels erforscht,

die jenseits seiner Vorstellungen lagen (Gould , 2002).

So war zum Beispiel eine der Fragen, die Darwin nicht

stichhaltig beantworten konnte, wie Populationen mit

gemeinsamen Vorfahren sich so auseinander entwickeln,

dass aus einer Spezies zwei werden. Wie an den

Forschungen der Grants mit Darwinfinken bereits

deutlich wurde, können sich Spezies als Reaktion auf

örtliche Bedingungen rasch verändern. Eine Erklärung

für das Auftreten neuer Spezies ist, dass sie entstehen,

wenn zwei Populationen einer Ursprungsart geografisch

getrennt werden – und sich daher als Reaktion

auf unterschiedliche Umweltbedingungen weiterentwickeln.

Allerdings hat die gegenwärtige Evolutionsforschung

zahlreiche Beispiele neuer Spezies gefunden,

die ohne diese Art geografischer Isolierung

entstanden sind (Barton , 2000). Die Forschung geht

mehreren Erklärungen dafür nach, wie sich Arten unter

diesen Umständen entwickeln. Diese Erklärungen

befassen sich zum Beispiel damit, wie Untergruppen

innerhalb einer Art unterschiedliche Signale entwickeln

– wie etwa die chemischen Signale bei Fruchtfliegen

–, um geeignete Geschlechtspartner zu erkennen

(Higgie et al., 2000). Wenn sich diese Signale im

Laufe der Zeit auseinanderentwickeln, können unterschiedliche

Arten entstehen.

Genotyp und Phänotyp

Kehren wir zu den Ursachen der Veränderung innerhalb

existierender Arten zurück.

Das Beispiel der Abnahme und des Anstiegs von

Finkenpopulationen zeigt, warum Darwin den Verlauf

der Evolution als survival of the fittest (Überleben der

Bestangepassten) charakterisierte. Man stelle sich vor,

dass jede Umwelt eine Reihe von Schwierigkeiten für

jede Lebensform mit sich bringt. Diejenigen Mitglieder

einer Spezies, deren physische und psychische Eigenschaften

in dem Bereich liegen, der am besten zur

Umwelt passt, haben die besten Überlebenschancen.

In dem Maße, in dem die Eigenschaften, die das Überleben

fördern, von Generation zu Generation weitergegeben

werden können – sofern die Belastungsfaktoren

in der Umwelt im Laufe der Zeit konstant bleiben –,

wächst die Wahrscheinlichkeit, dass sich diese Spezies

entsprechend weiterentwickelt.

Um den Prozess der natürlichen Selektion detaillierter

betrachten zu können, führen wir nun einige

Fachbegriffe der Evolutionstheorie ein. Betrachten wir

einen einzelnen Finken. Bei der Zeugung erbte dieser

Fink einen Genotyp, oder die genetische Struktur, von

seinen Eltern. Im Kontext einer spezifischen Umwelt

legte dieser Genotyp die Entwicklung und das Verhalten

des Finken fest. Das äußere Erscheinungsbild und

das Verhaltensrepertoire des Finken wird Phänotyp

genannt. Im Falle unseres Finken habe sein Genotyp

im Zusammenspiel mit der Umwelt einen Phänotyp

mit kleinem Schnabel und der Fähigkeit, kleinere Körner

zu picken, hervorgebracht.

Wären alle Arten von Körnern ausreichend vorhanden,

hätte dieser Phänotyp keine besondere Bedeutung

für das Überleben des Finken. Was wäre aber,

wenn in der Umgebung nicht ausreichend Samen zur

Verfügung stünden, um die gesamte Population zu ernähren?

In diesem Falle würden die einzelnen Finken

in Konkurrenz um die Ressourcen treten. Bei einer

Art, die unter den Bedingungen solcher Konkurrenz

lebt, bestimmt der Phänotyp, welchen Individuen

durch bessere Anpassung an die Gegebenheiten das

Überleben ermöglicht wird. Werfen Sie noch einmal

einen Blick auf unseren Finken mit dem kleinen

Schnabel: Wenn nur kleine Körner verfügbar wären,

hätte er einen selektiven Vorteil gegenüber Finken mit

großem Schnabel. Gäbe es nur große Körner, wäre unser

Fink im Nachteil.

Nur Finken, die überleben, können sich auch fortpflanzen.

Nur jene Tiere, die sich fortpflanzen, können

ihren Genotyp weitergeben. Stellte die Umwelt weiterhin

nur kleine Körner bereit, hätten die Finken daher

nach einigen Generationen wahrscheinlich fast

ausschließlich einen schmalen Schnabel – mit der

Konsequenz, dass sie fast nur noch fähig wären, kleine

Körner zu fressen. Auf diesem Wege können Umweltbedingungen

das Verhaltensrepertoire einer Spezies

formen. Abbildung 3.1 stellt ein vereinfachtes Modell

des Prozesses der natürlichen Selektion dar. Übertragen

wir nun diese Gedanken auf die menschliche

Evolution.

Die menschliche Evolution

Wenn wir auf die Umstände zurückblicken, unter denen

sich die menschliche Spezies entwickelte, beginnt

man zu verstehen, warum gewisse körperliche Merkmale

und Verhaltensmerkmale Teil der biologischen

Ausstattung der gesamten menschlichen Spezies geworden

sind. Im Laufe der Evolution unserer Spezies

begünstigte die natürliche Selektion hauptsächlich

zwei Adaptionen – den Gang auf zwei Beinen und die

Weiterentwicklung des Gehirns. Beide Aspekte zu-

69


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Äußerer Druck

(Umweltveränderungen)

Eine schwere Dürre vernichtete einen

großen Teil der Nahrungsquellen der Finken.

Konkurrenz

(um Ressourcen)

Die Finken konkurrierten um die großen

harten Samenkörner, die nicht

der Dürre zum Opfer gefallen waren.

Abbildung 3.1: Wie natürliche

Selektion funktioniert.

Ver änderungen in der Umwelt

führen unter den Angehörigen

einer Spezies zum

Kampf um Ressourcen. Nur

diejenigen Individuen, die

Merkmale besitzen, die im

Zurechtkommen mit diesen

Veränderungen nützlich sind,

werden überleben und sich

fortpflanzen. Die folgende

Generation wird eine größere

Anzahl von Individuen

aufweisen, die diese genetisch

begründeten Eigenschaften

besitzen.

Auswahl des leistungsfähigsten

Phänotyps (aus einer Anzahl

von Phänotypen)

Fortpflanzungserfolg (der dem

leistungsfähigsten Phänotyp entsprechende

Genotyp wird an die

nächste Generation weiter gegeben)

Die Häufigkeit dieses Genotyps

(und des Phänotyps) nimmt

(in der nächsten Generation) zu.

Die Finken mit den kräftigsten Schnäbeln

konnten die großen harten Körner am besten

knacken. Die Finken mit kleineren Schnäbeln

gingen größtenteils zu Grunde.

Die überlebenden Finken pflanzten sich fort.

Die nächste Generation wies einen

höheren Prozentsatz größerer

Finken mit kräftigeren Schnäbeln auf.

sammen ermöglichten das Entstehen der menschlichen

Zivilisation. Zweibeiner sind fähig, aufrecht zu

gehen, und die Ausbildung des Großhirn s lässt die

Größe des Gehirns anwachsen. Diese beiden Anpassungsleistungen

sind für die meisten, wenn nicht gar

für alle weiteren größeren Fortschritte der menschlichen

Entwicklung, darunter auch die kulturelle Entwicklung,

verantwortlich ( Abbildung 3.2). Mit der

Entwicklung des aufrechten Ganges waren unsere Vorfahren

in der Lage, neue Umwelten zu erkunden und

neue Ressourcen zu nutzen. Mit wachsender Gehirngröße

wurden unsere Vorfahren intelligenter und verfügten

über Kapazitäten für komplexes Denken,

Schlussfolgern, Gedächtnis und Planen. Die Entwicklung

eines größeren Gehirns garantierte jedoch nicht,

dass die Menschen intelligenter wurden – wichtig war

die Art und Beschaffenheit der Zellen, die sich entwickelten

und im Gehirn ausbreiteten (Gibbons , 2002).

Der Genotyp , der die Informationen eines intelligenten

und mobilen Phänotyps kodierte, verdrängte nach

und nach andere, weniger gut angepasste Genotypen

aus dem menschlichen Genpool, so dass sich nur intelligenten

Zweibeinern die Gelegenheit bot, sich fortzupflanzen.

Nach dem Gang auf zwei Beinen und der Ausformung

des Großhirns war der vielleicht bedeutendste

Meilenstein der menschlichen Evolution die Entstehung

der Sprache (Bickerton , 1990; Holden , 1998).

Man stelle sich die ungeheuren Anpassungsvorteile

vor, welche die Sprache dem frühen Menschen bot.

Einfache Anweisungen, wie ein Werkzeug herzustellen

ist, wo man gute Jagd- oder Fischgründe findet und

wie man Gefahren vermeidet, würden Zeit, Mühen

und Menschenleben sparen. Menschen konnten von

den Erfahrungen anderer profitieren und mussten

nicht durch Versuch und Irrtum alles, was man für das

Leben brauchte, jedes Mal wieder neu erlernen. Konversation,

auch Humor, würde die sozialen Bande unter

Mitgliedern einer von Natur aus geselligen Spezies

stärken. Doch am wichtigsten erscheint mit der Entstehung

der Sprache die Möglichkeit, gesammeltes Wissen

von einer Generation zur nächsten zu tradieren.

Sprache ist die Basis für kulturelle Evolution , die

Tendenz von Kulturen, adaptiv durch Lernen auf Ver-

70


3.1 Vererbung und Verhalten

10 Millionen

5 Millionen

Gang auf zwei Beinen

Erste

Steinwerkzeuge

4 Millionen

3 Millionen

Australopithecus

(2,3 Millionen)

Homo

erectus

(1,6 Mill.–

Wachstum des 550.000)

Gehirns und

(?) Ursprung des

Homo

Homo habilis

(2–1,6 Millionen)

Von Afrika

nach Eurasien

0,01 Millionen

2 Millionen 0,1 Millionen Gegenwart

Ursprung des

modernen

Menschen

(40.000) Industrielle

Gebrauch

Revolution

von Feuer

(150)

Haushalts-

(? 700.000)

Technologische

Revolution (35)

gegenstände, um

Fleisch zu essen

Homo

sapiens

(150.000)

Große Fortschritte in der

Werkzeugherstellung

(150.000)

Landwirtschaftliche

Revolution (10.000)

Abbildung 3.2: Zeitschiene für die wichtigsten Ereignisse der menschlichen Evolution. Der Gang auf zwei Beinen machte die

Hände zum Greifen und zum Werkzeuggebrauch frei. Die Ausbildung des Großhirns stellte die Möglichkeit für höhere kognitive Prozesse

wie das abstrakte Denken und Schlussfolgern bereit. Diese beiden Anpassungsleistungen führten wahrscheinlich zu den großen Fortschritten

in der Entwicklung des Menschen.

änderungen in der Umwelt zu reagieren. Die kulturelle

Evolution ließ größere Fortschritte im Werkzeugbau,

verbesserte Landwirtschaft und die Entwicklung und

ständige Verbesserung von Industrie und Technik entstehen.

Unserer Spezies erlaubt die kulturelle Evolution

eine sehr schnelle Anpassung an Veränderungen

der Umweltbedingungen. Anpassungen an die Nutzung

von Computern sind zum Beispiel erst in den

letzten 20 Jahren entstanden. Die kulturelle Evolution

kann sich aber nicht ohne einen Genotyp ereignen, der

die Kapazitäten für Lernen und abstraktes Denken in

sich trägt. Kultur – Kunst, Literatur, Musik, Wissenschaft

und Liebhabereien usw. – ist erst aufgrund des

Potenzials des menschlichen Genotyps möglich.

Wir haben gesehen, dass die Bedingungen, unter denen

sich der Mensch entwickelte, die Entwicklung eines

wichtigen gemeinsamen biologischen Potenzials begünstigten:

beispielsweise der Gang auf zwei Beinen

und die Fähigkeit zu denken und zu sprechen. Es bleiben

jedoch beträchtliche Variationen innerhalb dieses

gemeinsamen Potenzials. Unsere Eltern haben uns mit

einem Teil von dem ausgestattet, was sie von ihren Eltern,

Großeltern und all den zurückliegenden Generationen

ihres Stammbaumes erhielten. Und es entstand

ein einzigartiges biologisches Muster und ein einzigartiger

Zeitplan für unsere Entwicklung. Die Wissenschaft

von den Mechanismen der Vererbung – dem Übernehmen

von körperlichen und psychischen Eigenschaften

von unseren Vorfahren – ist die Genetik .

Die früheste systematische Forschung, die sich mit

der Beziehung zwischen Eltern und ihren Nachkommen

befasste, wurde 1866 von Gregor Mendel (1822 –

1884) veröffentlicht. Mendel führte seine Studien an

der bescheidenen grünen Erbse durch. Er konnte zeigen,

dass die äußeren Merkmale von Erbsen, die aus

verschiedenen Samen keimten – zum Beispiel, ob die

Erbsen prall oder runzlig aussahen –, aus den äußeren

Merkmalen derjenigen Pflanzen vorhergesagt werden

konnten, von denen die Samen stammten. Mendel

postulierte, dass Paare von „Faktoren“ – jeweils einer

3.1.2 Variationen im Genotyp des

Menschen

Menschliche Chromosomen – im Augenblick der Zeugung erben

wir 23 von unserer Mutter und 23 vom Vater.

71


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Zellkern

Abbildung 3.3: Genetisches

Material. Der Zellkern

einer jeden Zelle Ihres Körpers

enthält eine Kopie der

Chromosomen, die die genetische

Vererbung steuern.

Jedes Chromosom enthält

einen langen DNS-Strang,

der in einer Doppelhelix angeordnet

ist. Ein Gen ist ein

Segment der DNS, das Baupläne

zur Bildung von Proteinen

enthält, welche Ihre individuelle

Entwicklung leiten

(nach Lefton & Brennon,

2003).

Zelle

Chromosom

Segment

der DNS

von einem Elternteil vererbt –, die Eigenschaften der

Nachkommen bestimmten (Lander & Weinberg , 2000).

Mendels Arbeit wurde zwar ursprünglich von der Wissenschaft

kaum zur Kenntnis genommen, aber moderne

Verfahren haben die Forschung in den Stand gesetzt,

Mendels „Faktoren“ zu bestimmen und zu

erforschen – wir nennen sie heute Gene .

Genetische Grundlagen

Im Kern jeder unserer Zellen befindet sich genetisches

Material, die DNS (Desoxyribonukleinsäure; auch

DNA, vom Englischen deoxyribonucleic acid, Abbildung

3.3). Die DNS besteht aus kleinsten Einheiten, den

Gene n. Gene enthalten die Instruktionen zur Produktion

von Proteinen. Diese Proteine regulieren die physiologischen

Prozesse des Körpers und die Ausprägung

der phänotypischen Eigenschaften: Körperbau, körperliche

Stärke, Intelligenz und viele Verhaltensmuster.

Gene findet man auf stäbchenartigen Strukturen,

den Chromosomen . Zum Zeitpunkt unserer Zeugung

erbten wir von unseren Eltern 46 Chromosomen – 23

von der Mutter und 23 vom Vater. Jedes dieser Chromosomen

enthält Tausende von Genen – die Vereinigung

eines Spermiums mit einer Eizelle stellt nur eine

aus vielen Milliarden möglicher Genkombinationen

dar. Die Geschlechtschromosomen enthalten Gene,

die den Code für die Entwicklung männlicher oder

weiblicher Körpermerkmale tragen. Wir erben ein X-

Chromosom von der Mutter und entweder ein X- oder

ein Y-Chromosom vom Vater. Eine XX-Kombination

codiert die Entwicklung weiblicher, eine XY-Kombination

die Entwicklung männlicher Merkmale.

Von 1990 an finanzierte die Regierung der Vereinigten

Staaten ein internationales Forschungsvorhaben namens

Human Genome Project (HGP). Das Genom eines

Organismus ist die vollständige Gensequenz auf den

Chromosomen mit der zugehörigen DNS. 2003 hatte

das HGP sein Ziel erreicht, die komplette Sequenz des

menschlichen Genoms zu erstellen. Auf der Grundlage

dieser Daten hat die Forschung jetzt begonnen, alle

20.000 bis 25.000 Gene des Menschen zu identifizieren.

Das Ziel hier ist eine vollständige Auflistung der

Anordnung und Funktionen sämtlicher Gene.

Gene und Verhalten

Wir haben gesehen, dass evolutionäre Prozesse eine

beträchtliche Menge an Variation des menschlichen

Genotyps bestehen ließen; die Interaktionen dieser

Genotypen mit speziellen Umweltgegebenheiten rufen

eine Variation des menschlichen Phänotyps hervor.

Forscher im Bereich der Verhaltensgenetik spannen

einen Bogen zwischen Genetik und Psychologie,

um kausale Beziehungen zwischen Vererbung und

Verhalten zu ergründen (Plomin et al., 2003).

Die Erforschung menschlicher Verhaltensgenetik

befasst sich oft mit der Erblichkeit bestimmter menschlicher

Eigenschaften und Verhaltensweisen. Erblichkeit

wird auf einer Skala von 0 bis 1 gemessen. Liegt

ein Wert nahe 0, wird damit ausgesagt, dass er hauptsächlich

das Resultat von Umwelteinflüssen ist; liegt

er nahe 1, handelt es sich größtenteils um das Ergebnis

genetischer Einflüsse. Um diese beiden Faktoren auseinander

zu halten, greifen Wissenschaftler oft auf

Adoptionsstudien oder Zwillingsstudien zurück. Für

72


3.1 Vererbung und Verhalten

Adoptionsstudien erheben die Forscher so viele Informationen

wie möglich über die leiblichen Eltern von

Kindern, die bei Pflegeeltern aufwachsen. Während

die Kinder aufwachsen, werden ihre relativen Ähnlichkeiten

mit den leiblichen Eltern – die genetischen

Einflüsse – mit denen mit ihren Adoptiveltern – also

den Umwelteinflüssen – verglichen.

In Zwillingsstudien wird untersucht, in welchem

Ausmaß monozygote (MZ), das heißt eineiige, und dizygote

(DZ), also zweieiige, Zwillingspaare einander

in bestimmten Eigenschaften oder Verhaltensweisen

ähneln. MZ-Zwillinge teilen 100 Prozent ihres Genmaterials,

während es bei DZ-Zwillingen nur etwa 50

Prozent sind. (DZ-Zwillinge haben genetisch nicht

mehr gemeinsam als andere Geschwisterpaare.) Indem

man feststellt, wie viel ähnlicher MZ-Zwillinge einander,

verglichen mit DZ-Zwillingen, hinsichtlich einer

bestimmten Eigenschaft sind, kann man die Erblichkeit

abschätzen. Betrachten wir eine Zwillingsstudie

zur Bestimmung des Erblichkeitsanteils, Verzerrungen

in einfachen Melodien zu erkennen:

AUS DER FORSCHUNG

Beschweren sich Ihre Nachbarn, wenn Sie unter der Dusche

singen? Wie weit ist Ihr musikalisches Talent (oder

dessen Fehlen) ein Ergebnis Ihres genetischen Erbes?

Eine Studie sollte diese Frage für einen Aspekt der Musikalität

beantworten – die Fähigkeit, falsche Tonfolgen in

einfachen Melodien zu erkennen (Drayna et al., 2001). In

Abbildung 3.4 finden Sie ein Beispiel. Selbst, wenn Sie

keine Noten lesen können, sehen Sie doch, dass die Noten

am Ende der Phrase verändert worden sind. Würden Sie die

Veränderung aber auch hören?

In diesem Experiment bekamen 136 MZ-Zwillingspaare

und 148 DZ-Zwillingspaare 26 kurze Melodien vorgespielt

und gaben jeweils an, ob die Melodie korrekt oder verändert

klang. Die Ergebnisse der MZ-Zwillinge – Anzahl der

Treffer unter 26 möglichen – glichen einander mit einer

Korrelation von 0,67 stärker als die der DZ-Zwillinge mit einer

Korrelation von 0,44. Auf Grund dieser Daten ermittelten

die Experimentatoren einen Erblichkeitswert von 0,71.

Diese Schätzung legt einen großen genetischen Anteil bei

der Tonhöhenwahrnehmung nahe.

Vergegenwärtigen Sie sich aber, dass dieser hohe Erblichkeitsfaktor

nicht bedeutet, dass jedes Mitglied einer

Familie dieselbe Fähigkeit zur Tonhöhenwahrnehmung

hätte. Genau wie ein einziges Elternpaar sowohl

Kinder mit blauen als auch mit braunen Augen zeugen

kann, kann es auch Kinder mit und ohne musikalische

Begabung hervorbringen. Der hohe Erblichkeitsfaktor

bedeutet vielmehr, dass bei der Fähigkeit zur Tonhöhenwahrnehmung

Umwelteinflüsse nur einen sehr

geringen Einfluss darauf haben, wie talentiert Sie in

dieser Hinsicht werden können.

Dieses Beispiel der Erblichkeit von Tonhöhenwahrnehmung

lässt einige der ethischen Probleme erkennen,

die sich im Gefolge des Erfolgs des HGP ergeben

haben. Angenommen, das HGP könnte die Gene identifizieren,

die für die unterschiedlichen Fähigkeiten in

der Tonhöhenwahrnehmung verantwortlich sind –

würden Sie dann als werdender Elternteil nur Kinder

mit großen musikalischen Talenten haben wollen? Obwohl

diese Frage vielleicht, weil es um musikalische

Fähigkeiten geht, nicht so brisant erscheinen mag, hat

sich die genetische Forschung doch bereits mit den

Konsequenzen genetischen Vorwissens beschäftigt

(Bostrom , 2005; Liao , 2005). So gibt es etwa schon

mehrere Verfahren, die Eltern gestatten, das Geschlecht

ihres Kindes zu wählen. Sollten sie eine solche Wahl

treffen können? Wie steht es mit Auswahlmöglichkeiten

hinsichtlich der Intelligenz, Sportlichkeit oder

der kriminellen Neigungen eines Kindes? Weil das

HGP und ähnliche Projekte hier laufend neue Erkenntnisse

beisteuern, werden solche Fragen in der Debatte

politscher Grundsätze immer wichtiger werden.

Trotzdem muss man sich vor Augen halten, dass –

außer in Fällen wie dem Geschlecht eines Kindes –

Gene kein Schicksal sind. Tatsächlich gibt es bereits

Dokumentationen wichtiger Fälle, in denen sowohl

Erblichkeit als auch Umwelteinflüsse eine entscheidende

Rolle dabei spielen, das Verhalten eines Organismus

zu bestimmen. Das zeigt etwa eine Studie der

Erb- und Umwelteinflüsse auf aggressives Verhalten

bei männlichen Rhesusaffen (Newman et al., 2005).

Beginnen wir mit der Erblichkeit: Innerhalb der 45

Affen umfassenden Population variierte ein Gen, das

den Pegel von Neurotransmittern (siehe Seite 80) im

Gehirn steuerte – einige der Affen hatten die aktive

Variante des Gens, andere dagegen die träge Variante.

Was die Umwelteinflüsse angeht, so wurde ungefähr

die Hälfte der Affen von ihrer eigenen oder einer Pflegemutter

aufgezogen; die anderen wuchsen anfänglich

ohne Mütter auf. Die Experimentatoren erhoben die

Aggression der Affen, indem sie beispielsweise beobachteten,

wie effektiv sie um ihr Futter kämpften. Diese

Beobachtungen ergaben, dass die Aggressivität der

Affen sowohl von ihrer genetischen Disposition wie

auch von ihrer Umwelt abhing: Die Affen mit der trägen

Genvariante, die außerdem von Müttern aufgezogen

worden waren, verhielten sich am aggressivsten.

Affen mit derselben Genvariante, die keinen Kontakt

zu ihrer Mutter erfahren hatten, zeigten dagegen keine

73


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

America the Beautiful

(korrekt)

Abbildung 3.4: Verfälschte Melodien

als Beispiel, um die Erblichkeit

von Tonhöhenwahrnehmung

zu untersuchen. Wenn Sie

diese zwei Melodien vorgespielt bekämen,

könnten Sie dann sagen,

welche korrekt und welche verfälscht

ist?

(verfälscht)

gesteigerte Aggressivität. Aus diesem Beispiel ersehen

Sie, wieso die Forschung verstehen möchte, wie und

warum bestimmte Umgebungen die Realisierung genetischer

Dispositionen ermöglichen.

Die Forschung im Rahmen der menschlichen Verhaltensgenetik

fokussiert meist den Ursprung der individuellen

Unterschiede: Welche Faktoren unseres

individuellen genetischen Erbgutes tragen zur Erklärung

unseres Denkens und Handelns bei? In Ergänzung

zur Verhaltensgenetik gibt es mittlerweile zwei

Forschungsfelder, die auf breiterer Basis untersuchen,

wie sich Selektionsprozesse auf das Verhaltensrepertoire

von Menschen und anderen Arten ausgewirkt

haben. Forscher aus dem Gebiet der Soziobiologie versuchen,

diese Frage im Hinblick auf evolutionäre Erklärungen

für soziales Verhalten und soziale Systeme

von Menschen und anderen Spezies zu beantworten.

Forscher aus dem Gebiet der evolutionären Psychologie

weiten diese Erklärungen auf andere Aspekte der

menschlichen Erfahrung aus, wie etwa die Frage nach

den Funktionsweisen des Denkens.

Betrachten wir das Glücklichsein etwas genauer.

Wie würde man aus evolutionärer Perspektive die generelle

Fähigkeit der menschlichen Spezies erklären,

Glück empfinden zu können? Buss (2000) ist der Ansicht,

dass „Diskrepanzen zwischen der heutigen Umwelt

und der unserer Vorfahren“ (S. 15) dem menschlichen

Glücklichsein gewisse Grenzen auferlegen.

Obwohl sich beispielsweise der Mensch in kleinen

Gruppen entwickelte, leben heute viele Menschen in

großen Städten, wo sie hauptsächlich von einer großen

Zahl völlig Fremder umgeben sind. Wir unterhalten

keine engen Beziehungen mehr zu der Gruppe von

Individuen in unserer räumlichen Nähe – und das

sind die Arten von Beziehungen, die uns helfen, Krisen

zu meistern, um ein glückliches Leben zu führen.

Was kann man tun? Obwohl wir den Verlauf der kulturellen

Evolution nicht umkehren können, der diese

Veränderungen mit sich brachte, können wir doch versuchen,

diese Veränderungen durch eine engere Bindung

an unsere Familie und unseren Freundeskreis zu

kompensieren (Buss, 2000). Dieses Beispiel verdeutlicht

den Kontrast zwischen der soziobiologischen

Betonung der Gemeinsamkeiten der menschlichen

Spezies in einer bestimmten Umwelt und der verhaltensgenetischen

Betonung der Variationen innerhalb

eines solchen allgemeinen Verhaltensmusters. Im weiteren

Verlauf von Psychologie werden wir mehrere

weitere Fälle vorstellen, in denen die evolutionäre

Perspektive die menschliche Alltagserfahrung beleuchtet.

Diese Beispiele reichen von Partnerwahl in

Beziehungen (Kapitel 11) über den Ausdruck von

Emotionen (Kapitel 12) bis hin zu Mustern aggressiven

Verhaltens (Kapitel 17).

1 Auf welche Weise illustriert die Studie der Grants über

Finken die Rolle der genetischen Variation im Evolutionsprozess?

2 Was ist der Unterschied zwischen Genotyp und Phänotyp?

3 Welche zwei evolutionären Fortschritte waren entscheidend

in der Entwicklung des Menschen?

4 Was bedeutet Erblichkeit?

ZWISCHENBILANZ

KRITISCHES DENKEN: Warum benutzten die Experimentatoren

in der US-amerikanischen Studie zur Tonhöhenwahrnehmung

dort bekannte Melodien wie „America the

Beautiful?“

74


3.2 Das Nervensystem in Aktion

Das Nervensystem

in Aktion

3.2

Wenden wir unsere Aufmerksamkeit nun den bemerkenswerten

Produkten des menschlichen Genotyps zu:

den biologischen Systemen, die das gesamte Spektrum

des Denkens und Handelns erst möglich machen. Lange

bevor sich Darwin auf seine Reise auf der Beagle

vorbereitete, diskutierten Naturwissenschaftler, Philosophen

und andere die Rolle, die biologische Prozesse

im Alltag spielen. Eine der wichtigsten Persönlichkeiten

in der Geschichte der Hirnforschung war der

französische Philosoph René Descartes (1596 – 1650).

Descartes vertrat eine zu seiner Zeit völlig neue und

radikale Idee: Der menschliche Körper gleicht einer

„lebendigen Maschine“, die wissenschaftlich verstanden

werden kann – indem man Naturgesetze durch

empirische Beobachtungen entdeckt.

Forscher aus der Tradition, die auf Descartes zurückgeht,

nennen sich heute Neurowissenschaftler. In heutigen

Tagen ist die Neurowissenschaft eines der am

schnellsten wachsenden Forschungsgebiete. Im weiteren

Verlauf dieses Kapitels widmen wir uns der Analyse

und dem Verstehen derjenigen Prozesse, durch die

Informationen von unseren Sinnesorganen mithilfe von

Nervenimpulsen letztlich durch Körper und Gehirn

transportiert und kommuniziert werden. Wir behandeln

in diesem Abschnitt zunächst die Eigenschaften

des Neurons, der Basiseinheit des Nervensystems.

Ein Neuron, das Kontraktionen im menschlichen Darm beeinflusst.

Welche Rollen spielen Dendriten, Soma und Axone bei der Nervenübertragung?

(Nukleus) und das Zytoplasma, das die Zelle am Leben

erhält. Das Soma integriert Informationen über die

Stimulation, die von den Dendriten empfangen wird

(oder in manchen Fällen direkt von einem anderen

Neuron), und leitet sie über eine einzelne, ausgedehnte

Faser, das Axon , weiter. Das Axon wiederum leitet

diese Informationen seiner Länge nach weiter – die

im Rückenmark über einen Meter und im Gehirn weniger

als einen Millimeter betragen kann. Am anderen

Ende des Axons befinden sich verdickte, knollenähn-

3.2.1 Das Neuron

Ein Neuron ist eine Zelle, die darauf spezialisiert ist,

Informationen zu empfangen, zu verarbeiten und/oder

an andere Zellen innerhalb des Körpers weiterzuleiten.

Neurone besitzen unterschiedliche Formen, Größen,

chemische Zusammensetzungen und Funktionen –

über 200 verschiedene Arten wurden in Gehirnen von

Säugetieren identifiziert –, aber alle Neurone besitzen

dieselbe grundlegende Struktur ( Abbildung 3.5). Es

gibt zwischen 100 Milliarden und einer Billion Neurone

in unserem Gehirn.

Neurone erhalten typischerweise an einem Ende Informationen

und senden am anderen Ende Botschaften

aus. Der Teil der Zelle, der ankommende Signale erhält,

ist eine Anzahl von verästelten Fasern außerhalb

des Zellkörpers, die man Dendriten nennt. Die Hauptaufgabe

der Dendriten besteht darin, Erregung von

Sinnesrezeptoren oder anderen Zellen zu empfangen.

Der Zellkörper, oder das Soma , enthält den Zellkern

Abbildung 3.5: Zwei Arten von Neuronen. Man beachte die

Unterschiede in Form und Dendritenverzweigungen. Die Pfeile

zeigen die Richtung an, in die Informationen fließen. Beide Zellen

sind Formen von Interneuronen.

75


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

liche Strukturen, die Endknöpfchen , über die das

Neuron angrenzende Drüsen, Muskeln oder andere

Neurone stimulieren kann. Neurone übertragen normalerweise

Informationen nur in eine Richtung: von

den Dendriten über das Soma zum Axon bis hin zu

den Endknöpfchen ( Abbildung 3.6).

Es gibt drei Hauptarten von Neuronen. Sensorische

Neurone übermitteln Botschaften von Sinnesrezeptorzellen

hin zum Zentralnervensystem. Rezeptorzellen

sind hoch spezialisierte Zellen, die beispielsweise

auf Licht, Geräusche oder Körperpositionen reagieren.

Motorneurone leiten Botschaften weg von Zentralnervensystem

hin zu den Muskeln und Drüsen. Die Mehrzahl

der Neurone im Gehirn sind Interneurone , die

Botschaften von sensorischen Neuronen an andere Interneurone

oder Motorneurone weiterleiten. Auf jedes

Motorneuron im Körper kommen etwa 5.000 Interneurone

im riesigen Schaltnetz, welches das Verarbeitungssystem

des Gehirns bildet.

Wie diese drei Arten von Neuronen zusammenarbeiten,

sieht man am Beispiel des Schmerzrückzugsreflexes

( Abbildung 3.7). Werden Schmerzrezeptoren

nahe der Hautoberfläche mit einem scharfen

Gegenstand stimuliert, senden sie Botschaften über

die sensorischen Neurone zu einem Interneuron im

Rückenmark. Das Interneuron reagiert, indem es Motorneurone

stimuliert, die wiederum Muskeln im entsprechenden

Körperteil aktivieren, sich von dem

Schmerz erzeugenden Gegenstand zurückzuziehen.

Erst nach dieser Abfolge von neuronalen Ereignissen

und dem Rückzug des Körpers vom stimulierenden

Objekt erhält das Gehirn Informationen über diese Situation.

In Fällen, wo das Überleben von schnellem

Handeln abhängt, nehmen wir den Schmerz erst wahr,

wenn wir körperlich auf die Gefahr reagiert haben.

Natürlich werden dann die Informationen über den

Vorfall im Gedächtnissystem gespeichert, so dass wir

beim nächsten Mal das potenziell gefährliche Objekt

meiden, bevor es uns verletzen kann.

Das weite Netz von Neuronen im Gehirn ist von

ungefähr der fünf- bis zehnfachen Anzahl von Gliazellen

(Stützzellen) durchsetzt. Das Wort Glia kommt

vom griechischen Wort für Klebstoff, was auf eine der

Hauptaufgaben dieser Zellen hinweist: Sie halten

Neurone an ihrem Platz. Bei Wirbeltieren haben Gliazellen

einige weitere wichtige F unktionen. Eine erste

Funktion erfüllen sie während der Entwicklung. Gliazellen

helfen neu gebildeten Neuronen, den richtigen

Ort im Gehirn zu finden. Eine zweite Funktion liegt im

Bereich des Körperhaushalts. Wenn Neurone geschädigt

sind und absterben, vermehren sich die Gliazellen

in diesem Bereich und entsorgen das übrig gebliebene

zelluläre Abfallmaterial; sie können zudem überschüssige

Neurotransmitter und andere Substanzen aus dem

synaptischen Spalt zwischen Neuronen aufnehmen.

Eine dritte Funktion ist die der Isolierung. Gliazellen

bilden eine Hülle, die Myelinscheide , um einige Arten

von Axonen. Diese Isolierungen aus Fett erhöhen die

Geschwindigkeit der Übertragung von Nervensignalen

ganz enorm. Eine vierte Funktion der Gliazellen besteht

darin zu verhindern, dass giftige Substanzen im

Blut die empfindlichen Zellen im Gehirn erreichen.

Spezialisierte Gliazellen, so genannte Astrozyten, bilden

die Blut-Hirn-Schranke , indem sie die Blutgefäße

Abbildung 3.6: Die Hauptstrukturen des Neuron s. Das Neuron erhält über seine Dendriten Nervenimpulse. Es sendet dann die

Nervenimpulse durch sein Axon zu den Endknöpfchen, wo Neurotransmitter zur Stimulation anderer Neurone freigesetzt werden.

76


3.2 Das Nervensystem in Aktion

Sensorischer Cortex

Schmerzbotschaft an das Gehirn

Motorneuron

Muskeln

Interneuron

Hautrezeptoren

Rückenmark

Senorisches Neuron

Abbildung 3.7: Der Schmerzrückzugsreflex. Der hier gezeigte Schmerzrückzugsreflex benötigt nur drei Neurone: ein sensorisches,

ein motorisches und ein Interneuron.

im Gehirn mit einer beständigen Hülle aus Fett umgeben.

Nicht fettlösliche Substanzen können diese Barriere

nicht überwinden, und weil viele Gifte und andere

gefährliche Substanzen nicht fettlöslich sind,

können sie diese Barriere nicht durchdringen und ins

Hirn gelangen. Schließlich gelangten Neurowissenschaftler

zur Ansicht, dass Gliazellen wohl auch bei

der neuronalen Kommunikation eine aktive Rolle

spielen, indem sie die Konzentration von Ionen beeinflussen,

welche die Übertragung von Nervenimpulsen

ermöglicht (Fields & Stevens-Graham , 2002).

3.2.2 Aktionspotenziale

Bis jetzt haben wir eher unspezifisch davon gesprochen,

dass Neurone „Botschaften aussenden“ oder

sich gegenseitig „stimulieren“. Nun ist es Zeit, die

Arten der elektro-chemischen Signale etwas formeller

zu beschreiben, die vom Nervensystem zur Verarbeitung

und Übertragung von Informationen eingesetzt

werden. Es sind diese Signale, welche die Basis all

dessen darstellen, was wir wissen, fühlen, wünschen

und schaffen.

Für jedes Neuron lautet die grundlegende Frage:

Soll es zu einem bestimmten Zeitpunkt feuern – eine

Reaktion erzeugen – oder nicht? Neurone treffen sozusagen

diese Entscheidung, indem sie die Informationen

zusammenfassen, die an ihren Dendriten oder

am Soma (Zellkörper) ankommen, und bestimmen, ob

dieser Input überwiegend „feuern“ oder „nicht feuern“

sagt. Formaler ausgedrückt, erhält jedes Neuron

eine Bilanz aus exzitatorische n – Feuern! – und inhibitorische

n – Nicht feuern! – Inputs. Das richtige

Muster von exzitatorischen Inputs zur rechten Zeit

oder am rechten Ort führt bei einem Neuron zur Erzeugung

eines so genannten Aktionspotenzials: Das

Neuron feuert.

77


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Die biochemische Basis der Aktionspotenziale

Um zu erklären, wie ein Aktionspotenzial funktioniert,

müssen wir die biochemische Umgebung beschreiben,

in der Neurone die eintreffenden Informationen

miteinander verknüpfen. Jegliche neuronale

Kommunikation wird durch den Fluss elektrisch geladener

Teilchen, der Ionen, durch die Membran des

Neurons erzeugt eine dünne „Haut“, die das Zellinnere

von der äußeren Umgebung trennt. Stellen wir uns

eine Nervenfaser als Makkaroni vor, die mit Salzwasser

gefüllt sind und in einem salzigen Sud schwimmen.

Sowohl der Sud als auch das Wasser in den Makkaroni

enthalten Ionen – Natrium- (Na + ), Chlor- (Cl – ),

Kalzium- (Ca + ) und Kalium- (K + ) Atome –, die entweder

positiv (+) oder negativ (–) geladen sind

( Abbildung 3.8). Die Membran oder die Oberfläche

der Makkaroni spielt eine wichtige Rolle, wenn es darum

geht, die Bestandteile der beiden Flüssigkeiten in

einem geeigneten Gleichgewicht zu halten. Ist eine

Zelle nicht aktiv oder in einem Ruhezustand, befinden

sich etwa zehnmal mehr Kalium-Ionen innerhalb der

Zelle als Natrium-Ionen außerhalb. Die Membran ist

keine perfekte Barriere, sie „leckt“ ein bisschen. Einige

Natrium-Ionen schlüpfen in die Zelle, während einige

Kalium-Ionen hinausschlüpfen. Um dies zu korrigieren,

stellt die Natur Transportmechanismen innerhalb

der Membran bereit, die Natrium hinaus- und Kalium

hineinpumpen. Bei erfolgreicher Funktion dieser

Pumpen ist die Flüssigkeit innerhalb des Neurons im

Vergleich zur Flüssigkeit außerhalb des Neurons leicht

negativ geladen (70 mV). Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit

innerhalb der Zelle hinsichtlich der Flüssigkeit

außerhalb der Zelle polarisiert ist. Diese leichte Polarisierung

ist das Ruhepotenzial . Das Ruhepotenzial stellt

den elektrochemischen Kontext bereit, in dem eine

Nervenzelle ein Aktionspotenzial erzeugen kann.

Die Nervenzellen leiten den Übergang eines Ruhepotenzials

in ein Aktionspotenzial als Reaktion auf

das Muster inhibitorischer und exzitatorischer Inputs

ein. Jede Art eines Inputs beeinflusst die Wahrscheinlichkeit,

dass sich die Bilanz der Ionen innerhalb und

außerhalb der Zelle ändern wird. Sie verursachen Veränderungen

in den Funktionen der Ionenkanäle , den

erregbaren Teilen der Zellmembran, die bestimmte

Ionen selektiv hinaus- und hineinströmen lassen. Inhibitorische

Inputs lassen die Ionenkanäle härter arbeiten,

um die negative Ladung im Zellinneren beizubehalten

– dies hält die Zelle vom Feuern ab.

Exzitatorische Inputs verursachen, dass die Ionenkanäle

Natrium einströmen lassen – die Zelle kann feuern.

Weil Natrium-Ionen positiv geladen sind, kann

ihr Einströmen die relative Bilanz positiver und

negativer Ladungen über die Zellmembran hinweg

verändern. Ein Aktionspotenzial beginnt, wenn die

exzitatorischen Inputs im Vergleich zu den inhibitorischen

genügend stark sind, um die Zelle zunächst

von –70 mV auf –55 mV zu depolarisieren : Genügend

Natrium ist in die Zelle eingedrungen, um diese Veränderung

hervorzurufen.

Sobald das Aktionspotenzial beginnt, strömt Natrium

ins Neuron. Infolgedessen wird das Innere des

Neurons im Vergleich zur Umgebung positiv geladen;

das bedeutet, das Neuron ist vollständig depolarisiert.

Ein Dominoeffekt treibt nun das Aktionspotenzial das

Axon entlang. Die Spitze der Depolarisation öffnet die

Ionenkanäle in den angrenzenden Regionen des Axons

und lässt Natrium einströmen. So wandert das Signal

durch sukzessive Depolarisation das Axon entlang

(Abbildung 3.8).

Wie kehrt das Neuron zu seinem ursprünglichen

Ruhezustand der Polarisation zurück, nachdem es gefeuert

hat? Wird das Innere des Neurons positiv,

schließen sich die Kanäle, die Natrium einströmen

ließen, und die Kanäle, die Kalium einströmen lassen,

öffnen sich. Das Ausströmen von Kalium-Ionen stellt

die negative Ladung des Neurons wieder her. Sogar

noch während sich das Signal dem entfernten Ende

des Axons nähert, können die Teile der Zelle, in denen

das Aktionspotenzial seinen Anfang nahm, in ihren

Ruhezustand zurückgekehrt sein, so dass sie zur

nächsten Stimulation bereit sind.

Eigenschaften des Aktionspotenzial s

Die biochemische Art und Weise, wie das Aktionspotenzial

übertragen wird, führt zu diversen wichtigen

Eigenschaften. Das Aktionspotenzial gehorcht

dem Alles-oder-nichts-Gesetz : Das Ausmaß des

Aktionspotenzials hängt nicht von der steigenden

Intensität der Stimulationen über einen Schwellenwert

hinaus ab. Erreicht die Summe der exzitatorischen

Inputs einmal die Schwelle, wird ein

gleichförmiges Aktionspotenzial generiert. Wird die

Schwelle nicht erreicht, ereignet sich kein Aktionspotenzial.

Eine weitere Folge dieser Alles-odernichts-Eigenschaft

ist, dass sich die Größe des Aktionspotenzials

über die Länge des Axons hinweg

nicht verringert. In diesem Sinne bezeichnet man

das Aktionspotenzial als selbst-propagierend (sich

selbst fortpflanzend); einmal gestartet, bedarf es keiner

Stimulation von außen, um sich in Bewegung zu

halten. Es gleicht der brennenden Zündschnur eines

Feuerwerkskörpers.

78


3.2 Das Nervensystem in Aktion

Im Ruhezustand liegt in

der Flüssigkeit außerhalb

des Axons eine andere

Ionenkonzentration vor

als in der Flüssigkeit

innerhalb des Axons.

Daher ist die Flüssigkeit

innerhalb der Zelle

hinsichtlich der umgebenden

Flüssigkeit

polarisiert und sorgt so

für das Ruhepotenzial

des Neurons.

Wenn ein Nervenimpuls

an einer bestimmten

Stelle des Axons ankommt,

strömen positiv

geladene Natrium-Ionen

in die Zelle ein. Der Na + -

Einwärtsstrom bewirkt eine

Depolarisiation der Zelle.

Der Nervenimpuls wird

entlang des Axons weitergeleitet,

indem ein Segment

nach dem anderen auf diese

Weise depolarisiert wird.

Sobald der Nervenimpuls

weitergeleitet wurde,

strömen Na + -Ionen wieder

aus dem Axon heraus,

um das Ruhepotenzial

wiederherzustellen.

Sobald das Ruhepotenzial

wiederhergestellt ist, ist

das Segment des Axons

bereit, den nächsten

Impuls weiterzuleiten.

Abbildung 3.8: Die biochemische Basis des Aktionspotenzial s. Aktionspotenziale funktionieren über die unterschiedliche elektrische

Ladung von Ionen innerhalb und außerhalb von Axonen (nach Lefton & Brannon, 2003).

Unterschiedliche Neurone leiten Aktionspotenziale

entlang ihrer Axone mit unterschiedlicher Geschwindigkeit;

die schnellsten senden Signale, die sich mit

200 Metern pro Sekunde bewegen, die langsamsten

schaffen nur 10 Zentimeter pro Sekunde. Die Axone

der schnelleren Neurone sind mit einer eng umwickelten

Myelinscheide umgeben – die, wie wir weiter

oben schon erklärt haben, aus Gliazellen besteht. So

ähnelt dieser Teil des Neurons kleinen Röhrchen auf

einer Schnur. Die schmalen Unterbrechungen zwischen

den Röhrchen werden Ranvier’sche Schnürringe

genannt (siehe Abbildung 3.6). In Neuronen mit

myelinisierten Axonen hüpft das Aktionspotenzial

buchstäblich von einem Schnürring zum anderen –

das spart Zeit und Energie, die zum Öffnen und

Schließen der Ionenkanäle an jeder Stelle des Axons

gebraucht wird. Eine Schädigung der Myelinscheide

wirft die genaue zeitliche Planung des Aktionspotenzials

durcheinander und verursacht schwerwiegende

Probleme. Multiple Sklerose (MS) ist eine verheerende

Krankheit, verursacht durch die Degeneration der

Myelinscheide. Sie ist durch Doppelsichtigkeit, Zittern

und schließlich Lähmung gekennzeichnet. Bei

MS greifen spezialisierte Zellen des Immunsystems

des Körpers myelinisierte Neurone an, legen das Axon

frei und stören die normale synaptische Übertragung

(Joyce , 1990).

Nachdem ein Aktionspotenzial ein Segment des

Axons passiert hat, befindet sich diese Region des

Neurons in der Refraktärphase ( Abbildung 3.9).

Während der absoluten Refraktärphase kann eine

neue Stimulation, gleich wie intensiv, kein weiteres

Aktionspotenzial hervorrufen; während der relativen

Refraktärphase wird das Neuron nur in Reaktion auf

einen Stimulus feuern, der stärker ist als üblicherweise

nötig. Haben Sie schon einmal versucht, die Toilettenspülung

zu betätigen, während sich der Spülkasten

wieder füllt? Eine gewisse Wassermenge muss

vorhanden sein, um erneut zu spülen. Damit ein Neuron

ein weiteres Aktionspotenzial generieren kann,

muss es sich in ähnlicher Weise „zurückstellen“ und

auf eine überschwellige Stimulation warten. Die Refraktärphase

garantiert zum Teil, dass sich das Aktionspotenzial

nur in eine Richtung entlang des Axons

bewegt: Es kann sich nicht rückwärts ausbreiten, weil

sich „frühere“ Teile des Axons in der Refraktärphase

befinden.

79


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Spannung (mV)

+40

0

70

0

Absolute Refraktärphase

Ruhepotenzial

Relative Refraktärphase

1 2 3 4 5 6 7

Zeit (ms)

Abbildung 3.9: Zeitliche Darstellung der Veränderungen

elektrischer Ladung im Neuron während eines Aktionspotenzials.

Natrium-Ionen, die ins Neuron eindringen, verändern

dessen elektrisches Potenzial von leicht negativ während

des Ruhezustands zu leicht positiv während der Depolarisation.

Ist das Neuron depolarisiert, folgt eine kurzzeitige Refraktärphase,

während der eine weitere Stimulation kein weiteres Aktionspotenzial

hervorruft. Das nächste Aktionspotenzial kann erst

dann wieder ausgelöst werden, wenn das Gleichgewicht der Ionen

zwischen dem Äußeren und Inneren der Zelle wiederhergestellt

ist.

3.2.3 Synaptische Übertragung

Beendet das Aktionspotenzial seinen „sprunghaften

Weg“ entlang des Axons am Endknöpfchen, so muss

es seine Information dem nächsten Neuron übermitteln.

Niemals jedoch berühren sich zwei Neurone: Sie

treffen sich an einer Synapse , mit einem schmalen

Spalt zwischen der präsynaptischen Membran (dem

Endknöpfchen des sendenden Neurons) und der postsynaptischen

Membran (der Oberfläche eines Dendriten

oder Somas eines empfangenden Neurons).

Wenn ein Aktionspotenzial das Endknöpfchen erreicht,

setzt es eine Reihe von Ereignissen in Gang: die

synaptische Übertragung, die Übermittlung von Informationen

von einem Neuron zu einem anderen über

den synaptischen Spalt hinweg ( Abbildung 3.10).

Synaptische Übertragung beginnt, wenn das Eintreffen

des Aktionspotenzials am Endknöpfchen kleine

runde Pakete, so genannte synaptische Vesikel , dazu

anregt, zur inneren Membran des Endknöpfchens zu

wandern und sich daran anzuheften. In jedem Vesikel

befinden sich Neurotransmitter, biochemische Substanzen,

die andere Neurone stimulieren. Das Aktionspotenzial

verursacht auch, dass sich die Ionenkanäle

öffnen und Kalzium-Ionen in das Endknöpfchen einströmen.

Das Einströmen der Kalzium-Ionen verursacht

das Platzen der synaptischen Vesikel und die

Freisetzung der darin enthaltenen Neurotransmitter.

Ist das synaptische Vesikel geplatzt, werden die Neurotransmitter

schnell über den synaptischen Spalt zur

postsynaptischen Membran gestreut. Um die synaptische

Übertragung zu vervollständigen, binden sich

die Neurotransmitter an Rezeptormoleküle , die in der

postsynaptischen Membran eingebettet sind.

Die Neurotransmitter binden sich unter zwei Bedingungen

an die Rezeptormoleküle. Zum einen

können keine anderen Neurotransmitter oder andere

chemische Substanzen an den Rezeptormolekülen

festmachen. Zum anderen muss die Form der Neurotransmitter

zur Form der Rezeptormoleküle passen –

so genau, wie ein Schlüssel in ein Schlüsselloch

passt. Trifft keine der beiden Bedingungen zu, kann

sich der Neurotransmitter nicht an das Rezeptormolekül

heften. Das bedeutet, dass er die postsynaptische

Membran nicht stimulieren kann. Bindet der

Neurotransmitter an das Rezeptormolekül an, kann es

diesem nächsten Neuron Informationen zum „feuern“

oder „nicht feuern“ liefern. Hat der Neurotransmitter

seine Aufgabe erfüllt, löst er sich wieder vom

Rezeptormolekül und geht in den synaptischen Spalt

zurück. Hier wird er entweder durch Enzyme aufgespaltet

oder vom präsynaptischen Endknöpfchen

wieder aufgenommen, um schnell wieder eingesetzt

zu werden.

In Abhängigkeit vom Rezeptormolekül hat ein Neurotransmitter

einen exzitatorischen oder inhibitorischen

Effekt. So kann derselbe Neurotransmitter an

einer Synapse exzitatorisch, an einer anderen jedoch

inhibitorisch wirken. Jedes Neuron integriert die Informationen,

die es an den Synapsen mit 1.000 bis

10.000 anderen Neuronen erhält, um zu entscheiden,

ob es ein weiteres Aktionspotenzial initiieren soll. Es

ist die Integration dieser Tausenden von inhibitorischen

und exzitatorischen Inputs, die es den Allesoder-Nichts-Aktionspotenzialen

erlaubt, die Grundlage

allen menschlichen Erlebens bereitzustellen.

Vielleicht wundern Sie sich, warum wir so tief in

die Materie des Nervensystems eingedrungen sind.

Schließlich ist das ein Psychologiebuch, und Psychologie

befasst sich mit Verhalten, Denken und Emotion.

Tatsächlich sind die Synapsen das biologische Medium,

in dem sich all diese Aktivitäten ereignen. Eine

Veränderung der normalen Aktivität der Synapse würde

eine Veränderung im Verhalten, Denken und Fühlen

der Menschen nach sich ziehen. Das Verstehen der

Funktionsweise der Synapse führte zu gewaltigen

Fortschritten im Verstehen von Lernen, Gedächtnis,

Emotion, psychischen Störungen, Drogenabhängigkeit

und ganz allgemein von der chemischen Formel für

geistige Gesundheit. Sie werden das Wissen, das Sie

sich in diesem Kapitel angeeignet haben, das gesamte

Buch hindurch benötigen.

80


3.2 Das Nervensystem in Aktion

Abbildung 3.10: Synaptische

Übertragung. Das

Aktionspotenzial im präsynaptischen

Neuron verursacht,

dass Neurotransmitter

in den synaptischen Spalt entlassen

werden. Ist der Spalt

überwunden, stimulieren sie

Rezeptormoleküle, die in der

Membran des postsynaptischen

Neurons eingebettet

sind. Innerhalb einer Zelle

kann es mehrere Neurotransmitter

geben.

3.2.4 Neurotransmitter und ihre

Funktionen

Wir kennen oder vermuten mehr als 60 unterschiedliche

chemische Substanzen, die als Neurotransmitter

im Gehirn fungieren. Die Neurotransmitter, die am

intensivsten erforscht werden, weisen einige technische

Kriterien auf. Jeder wird im präsynaptischen

Endknöpfchen erzeugt und freigesetzt, wenn ein Aktionspotenzial

das Ende des Axons erreicht. Das Vorhandensein

des Neurotransmitters im synaptischen

Spalt erzeugt eine biologische Reaktion in der postsynaptischen

Membran, und wenn seine Ausschüttung

verhindert wird, kann keine nachfolgende Reaktion

eintreten. Um die Effekte unterschiedlicher

Neurotransmitter auf die Steuerung des Verhaltens

aufzuzeigen, werden wir einige Neurotransmitter diskutieren,

die sich für das alltägliche Funktionieren des

Gehirns als wichtig herausgestellt haben. Diese kurze

Diskussion wird auch dazu beitragen zu verstehen,

wie viel dabei schief gehen kann.

Azetylcholin

Azetylcholin findet man im zentralen und peripheren

Nervensystem. Der Gedächtnisverlust bei Alzheimer-

Patienten, einer degenerativen Erkrankung, die bei

älteren Menschen zunehmend häufiger auftritt, wird

vermutlich durch den Abbau von Neuronen verursacht,

die Azetylcholin absondern. Azetylcholin wirkt

81


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Dopamin, Norepinephrin und Serotonin

Warum erfahren Patienten Schmerzlinderung durch Akupunktur?

auch an Verbindungen zwischen Nerven und Muskeln

exzitatorisch, wo es Muskelkontraktionen verursacht.

Eine Reihe von Giften beeinflusst die synaptische Tätigkeit

des Azetylcholins. Botulinumtoxin zum Beispiel,

das oft in Lebensmitteln vorkommt, die falsch

aufbewahrt wurden, vergiftet einen Menschen, indem

es die Freisetzung von Azetylcholin im Atmungssystem

verhindert. Diese Vergiftungserscheinung, der Botulismus

, kann zum Tode durch Ersticken führen. Curare,

ein Gift, das Amazonasindianer auf der Spitze

der Pfeile ihrer Blasrohre anbringen, lähmt die Atemmuskeln,

weil es wichtige Azetylcholinrezeptoren besetzt

und die normale Aktivität des Transmitters unmöglich

macht.

Katecholamine sind eine Klasse von chemischen

Substanzen, zu der zwei wichtige Neurotransmitter

gehören: Dopamin und Norepinephrin . Beiden kommt

bei psychischen Störungen wie affektiven Störungen

und Schizophrenie eine entscheidende Rolle zu. Norepinephrin

scheint an einigen Formen von Depression

beteiligt zu sein: Substanzen, welche die Konzentration

dieses Neurotransmitters im Gehirn erhöhen,

heben die Stimmung und lindern die Depression. Umgekehrt

fand man bei Schizophrenen einen erhöhten

Dopaminspiegel. Man kann Menschen mit dieser Störung

durch Medikamente behandeln, die den Dopaminspiegel

im Gehirn senken. Als die medikamentöse

Therapie entstand, tauchte ein interessantes Problem

auf. Hohe Dosen der Substanz zur Schizophreniebehandlung

riefen Symptome des Parkinson-Syndroms

hervor, einer fortschreitenden und schließlich tödlichen

Krankheit, die eine Störung der motorischen

Funktionen mit sich bringt. (Das Parkinson-Syndrom

wird durch die Degeneration von Neuronen verursacht,

die den größten Anteil des Dopamins im Gehirn

erzeugen.) Dieser Befund führte zu Untersuchungen,

welche die medikamentöse Behandlung von Schizophrenie

verbesserten, und zur Erforschung von Substanzen,

die zur Behandlung des Parkinson-Syndroms

eingesetzt werden können.

GABA

GABA (Gammaaminobuttersäure) ist der bekannteste

inhibitorische Neurotransmitter im Gehirn. GABA

kann als Botenstoff in etwa einem Drittel aller Synapsen

des Gehirns eingesetzt werden. Neurone, die auf

GABA ansprechen, finden sich in besonders hoher

Konzentration in Hirnregionen wie dem Thalamus,

dem Hypothalamus und im Okzipitallappen (siehe

Seite 93–94). GABA hat sich bei einigen Formen der

Psychopathologie als wichtig herausgestellt, da es

neuronale Aktivität hemmt; sinkt die Konzentration

dieses Neurotransmitters im Hirn, empfindet man diese

gesteigerte neuronale Aktivität als ein Gefühl der

Angst. Angststörungen werden oft mit Benzodiazepinen

wie Valium oder Xanax behandelt, welche die

GABA-Aktivität steigern (Ballenger , 1999). Benzodiazepine

binden nicht direkt an GABA-Rezeptoren. Vielmehr

bewirken sie, dass sich GABA selbst auf effektivere

Weise an die postsynaptischen Rezeptormoleküle

binden kann.

Ungefähr 1,5 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten,

darunter auch der Schauspieler Michael J. Fox , leiden an der

Parkinson´schen Krankheit. Die Erforschung des Neurotransmitters

Dopamin hat zu Fortschritten im Verständnis dieser Krankheit

geführt. Wie kann neurologische Grundlagenforschung zu verbesserten

Behandlungsmöglichkeiten führen?

82


3.3 Biologie und Verhalten

Alle Neurone, die Serotonin produzieren, befinden

sich im Hirnstamm (siehe Seite 92), der für das Erregungsniveau

und viele autonome Prozesse wichtig

ist. Die halluzinogene Droge LSD (Lysergsäure-Diäthylamid)

erreicht ihre Wirkung, indem sie die Wirkweise

der Serotonin-Neurone unterdrückt. Diese

Serotonin-Neurone hemmen normalerweise andere

Neurone. Der Mangel an Hemmung aufgrund von LSD

erzeugt jedoch lebhafte und bizarre Sinneseindrücke,

die zum Teil einige Stunden andauern können. Viele

Antidepressiva (zum Beispiel Fluctin oder Zoloft) erhöhen

die Wirkung von Serotonin, indem sie die Wiederaufnahme

aus dem synaptischen Spalt verhindern

(Barondes , 1994).

Wie kann das Studium des Gehirns beim Verständnis der menschlichen

Psyche helfen?

Endorphine

Endorphine sind eine Gruppe von Stoffen, die gewöhnlich

als Neuromodulatoren klassifiziert werden.

Ein Neuromodulator ist jedwede Substanz, welche

die Aktivität des postsynaptischen Neurons modifiziert

oder moduliert. Endorphine (kurz für endogene

Morphine) sind wichtig bei der Kontrolle emotionalen

Verhaltens (Angst, Furcht, Anspannung, Freude) und

beim Schmerzempfinden – Stoffe wie Opium und

Morphine binden an denselben Rezeptoren im Hirn.

Endorphine werden aufgrund ihrer Eigenschaften,

Freude und Schmerz zu kontrollieren, als „Schlüssel

zum Paradies“ bezeichnet. Forscher haben die Möglichkeit

untersucht, dass Endorphine zumindest teilweise

für die Schmerz reduzierenden Effekte der

Akupunktur und von Placebos verantwortlich sind

(Benedetti et al., 2005; Han , 2004). Solche Tests beziehen

sich auf die Substanz Naloxon , deren einziger

bekannter Effekt darin liegt, Morphine und Endorphine

an der Bindung an Rezeptoren zu hindern. Jegliche

Behandlung, die Schmerzen durch die Stimulation

der Endorphinausschüttung lindert, wird

wirkungslos, wenn Naloxon verabreicht wird. Mit der

Injektion von Naloxon verlieren Akupunktur und Placebos

tatsächlich ihre Wirkung – was den Schluss

zulässt, dass hier normalerweise Endorphine am

Werke sind.

Forscher dokumentierten zudem, dass Gase wie

Kohlenmonoxid und Stickstoff als Neurotransmitter

fungieren können (Barinaga , 1993). Am erstaunlichsten

an dieser neuen Klasse von Neurotransmittern ist,

dass sie vielen der normalen Erwartungen bezüglich

der synaptischen Übertragung widersprechen. Statt

sich zum Beispiel an Rezeptormoleküle zu binden,

wie das andere Neurotransmitter tun, scheinen diese

gasförmigen Neurotransmitter die äußere Membran

der Rezeptorzelle direkt zu passieren. Diese überraschende

Entdeckung sollte Ihren Eindruck verstärken,

dass das Hirn noch viele Geheimnisse in sich birgt, die

es zu enthüllen gilt.

1 Welchem Muster folgt der Informationsfluss durch die

wichtigsten Teile jedes Neurons?

2 Was ist das „Alles-oder-nichts“-Gesetz?

ZWISCHENBILANZ

3 Wie werden Neurotransmitter von einem Neuron in

das nächste übertragen?

4 Welche chemische Substanz ist der häufigste inhibitorische

Neurotransmitter im Gehirn?

Biologie und Verhalten

3.3

Wir wissen jetzt, mit welchen grundlegenden Mechanismen

Nervenzellen mit einander kommunizieren.

Es ist an der Zeit, diese Neuronen zu größeren Systemen

zu kombinieren, die unseren Körper und unseren

Geist steuern. Wir beginnen diese Darstellung mit

einem Überblick über die Verfahren, mit welchen die

Forschung neue Entdeckungen beschleunigen kann.

Danach wird das Nervensystem im Überblick beschrieben,

gefolgt von einem detaillierteren Blick auf das

Gehirn selbst. Weiterhin betrachten wir die Tätigkeit

des endokrinen Systems, eines zweiten biologischen

Kontrollsystems, das mit dem Nervensystem und dem

Gehirn zusammenarbeitet. Zum Schluss beschreiben

wir, wie Lebenserfahrungen unser Gehirn ständig verändern.

83


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

3.3.1 Ein Blick ins Gehirn

Neurowissenschaftler versuchen, die Arbeitsweise

des Gehirns auf unterschiedlichen Ebenen zu verstehen

– angefangen bei der Arbeitsweise von großen

Strukturen, die mit bloßem Auge erkennbar sind, bis

hin zu Eigenschaften von einzelnen Nervenzellen, die

nur mithilfe starker Mikroskope sichtbar sind. Die

Untersuchungsebene bestimmt die Methoden, die

Wissenschaftler nutzen. An dieser Stelle behandeln

wir die gebräuchlichsten Verfahren, mit denen Funktionen

und Verhaltensweisen mit bestimmten Gehirnregionen

in Verbindung gebracht werden.

Der Schädel von Phineas Gage wird in der Sammlung des Warren

Anatomical Museum der Harvard University Medical School aufbewahrt.

Warum waren die Ärzte von Gages Persönlichkeitsveränderungen

so fasziniert?

Eingriffe in das Gehirn

Verschiedene Forschungsmethoden in der Neurowissenschaft

bringen einen direkten Eingriff in Hirnstrukturen

mit sich. Diese Methoden wurzeln historisch in

Fällen wie jenem von Phineas Gage . Am 13. September

des Jahres 1848 erlitt Phineas P. Gage, ein Vorarbeiter

beim Bau einer Eisenbahnstrecke, einen Unfall:

Eine ca. 1,10 Meter lange Eisenstange durchstieß aufgrund

einer unerwarteten Explosion seinen Schädel.

Gages körperliche Beeinträchtigung war erstaunlich

gering: Er büßte die Sehfähigkeit auf dem linken Auge

ein, und seine linke Gesichtshälfte war teilweise gelähmt,

aber Haltung, Bewegung und Sprache waren

intakt. Doch psychisch war er ein anderer Mensch,

wie aus dem Bericht seines Arztes hervorging:

Das Äquilibrium oder Gleichgewicht zwischen

seinen intellektuellen Fähigkeiten und seinen

animalischen Trieben scheint zerstört zu sein.

Er ist bisweilen launisch, respektlos und gibt

sich manchmal hemmungslos seinen niederen

Trieben hin (was früher nicht zu seinen Eigenschaften

zählte) und zeigt wenig Respekt

vor seinen Mitmenschen, er reagiert ungehalten

auf Einschränkungen oder Ratschläge,

wenn sie seinen Wünschen entgegenstehen, ist

manchmal hartnäckig und halsstarrig, er ist

launisch und wankelmütig, er denkt sich Pläne

für die Zukunft aus, die ebenso schnell entworfen

werden, wie sie wieder verworfen werden,

zugunsten anderer, scheinbar durchführbarer

Pläne. In seiner intellektuellen Fähigkeit und

seinen Äußerungen ein Kind, besitzt er die

animalischen Leidenschaften eines kräftigen

Mannes. Vor seinem Unfall besaß er trotz fehlender

Schulbildung ein ausgeglichenes Gemüt,

er war von denen, die ihn kannten, als

scharfsinniger, kluger Geschäftsmann angesehen,

der mit sehr viel Energie und Ausdauer

seine Vorhaben ausführte. In dieser Hinsicht

hatte sich sein Verstand grundlegend und

dermaßen verändert, dass seine Freunde und

Verwandten sagten, er sei „nicht mehr Gage“.

(Harlow , 1868, S. 339 – 340)

Gages Unfall ereignete sich zu einer Zeit, als Wissenschaftler

gerade erst begannen, Hypothesen über die

Beziehung zwischen Hirnfunktionen und komplexem

Verhalten zu bilden. Gages Verhaltensänderungen nach

seinem Unfall veranlassten seinen Arzt dazu, Gehirnbereiche

als Grundlage für die Aspekte der Persönlichkeit

und des rationalen Verhaltens anzunehmen.

Etwa zu der Zeit, als sich Gage von seiner Verletzung

erholte, untersuchte Paul Broca die Rolle des Gehirns

bei der Sprache. Seine Forschung auf diesem

Gebiet begann mit der Autopsie eines Mannes, der nach

dem einzigen Wort benannt wurde, das er noch aussprechen

konnte, „Tan“. Broca fand heraus, dass der

linke vordere Bereich von Tans Gehirn schwer geschädigt

war. Diese Entdeckung veranlasste Broca, auch

andere Personen mit sprachlichen Beeinträchtigungen

zu untersuchen. In allen Fällen entdeckte er eine ähnliche

Schädigung derselben Gehirnregion, die heute als

Broca-Areal bekannt ist. Wie Sie im Laufe der Lektüre

dieses Buches sehen werden, versuchen Forscher auch

heute noch, Muster von Verhaltensänderungen und Beeinträchtigungen

mit Orten und Regionen von Hirnschädigungen

in Zusammenhang zu bringen.

84


3.3 Biologie und Verhalten

1

3

Abbildung 3.11: Test des visuellen Vorstellungsvermögens.

Versuchen Sie, sich diese Abbildung Quadrant für Quadrant einzuprägen,

bis Sie ein geistiges Abbild aller vier Quadranten erzeugen

können. Jetzt decken Sie die Abbildung mit der Hand ab. Beantworten

Sie dann mithilfe Ihres visuellen Vorstellungsvermögens

folgende Frage: Sind die Linien in Quadrant 1 oder 2 länger? Überprüfen

Sie die Antwort anschließend an Hand der Abbildung.

2

4

Das Problem bei der Untersuchung unfallgeschädigter

Gehirne besteht natürlich darin, dass die Forscher den

Ort und das Ausmaß der Schädigung nicht kontrollieren

können. Um ein gut fundiertes Wissen über das

Gehirn und dessen Beziehung zu verhaltensbezogenen

und kognitiven Funktionen zu erlangen, sind Wissenschaftler

auf Methoden angewiesen, die ihnen erlauben,

die beeinträchtigte Region des Gehirns genau zu

spezifizieren. Forscher haben eine Reihe von Techniken

entwickelt, um Läsionen , eng umgrenzte Schädigungen

des Gehirns, hervorzurufen. Sie entfernen

beispielsweise spezifische Hirnareale auf chirurgischem

Weg, durchtrennen die neuronale Verbindungen

zu diesen Arealen oder zerstören die Areale

durch starke Hitze, Kälte oder Elektrizität. Wie man

sich denken kann, werden Läsionsexperimente nur an

Tieren durchgeführt. (Erinnern wir uns an die Diskussion

in Kapitel 2; die ethische Rechtfertigung dieser

Art von Tierforschung wird mittlerweile intensiv geprüft.)

Unser Wissen über das Gehirn hat sich radikal

gewandelt, seit die Forscher immer wieder die Ergebnisse

von Läsionsstudien an Tieren mit der wachsenden

Anzahl klinischer Befunde über die Auswirkungen

von Hirnschädigungen auf menschliches

Verhalten abgleichen.

In den letzten Jahren hat die Forschung ein als repetitive

transkraniale Magnetstimulation (rTMS) bezeichnetes

Verfahren entwickelt, das mit magnetischen

Stimulationspulsen temporäre, vorübergehende „Läsionen“

bei menschlichen Versuchspersonen hervorruft

– einzelne Hirnregionen können ohne Gewebeschädigung

kurzzeitig abgeschaltet werden. Diese

neue Technik ermöglicht den Forschern die Beantwortung

von Fragen, die man in Tierversuchen nicht hätte

beantworten können. Nehmen wir als Beispiel eine

Anwendung von rTMS, um die Grundlagen visuellen

Vorstellens im Gehirn zu erforschen.

AUS DER FORSCHUNG

Fixieren Sie Ihre Augen auf ein Objekt in der Umgebung,

vielleicht einen Baum draußen vor dem Fenster. Schließen

Sie jetzt die Augen und erzeugen ein geistiges Bild desselben

Gegenstandes. Was ist in Ihrem Gehirn während

dieser beiden Aktivitäten geschehen? Für wie wahrscheinlich

halten Sie es, dass einige derselben Hirnareale sowohl

am Perzeptions- als auch am visuellen Imaginationsakt

beteiligt sind? Um diese Frage zu beantworten, baten die

Experimentatoren ihre Probanden, sich Darstellungen mit

vier Quadranten einzuprägen ( Abbildung 3.11) und

sich diese Darstellungen dann mit geschlossenen Augen

vorzustellen (Kosslyn et al., 1999). Die Versuchspersonen

sollten dann etwa Fragen über die relative Länge oder Breite

der Streifen in den einzelnen Quadranten beantworten.

Anschließend erzeugten die Forscher mit rTMS temporäre

„Läsionen“ in den Hirnarealen, die für normales Sehen benutzt

werden (das in Kapitel 4 beschrieben wird). Genau

wie bei Vergleichen mit offenen Augen wurde die Leistung

beim visuellen Vorstellen durchgängig gemindert. Dieses

Ergebnis legt nahe, dass dieselben Hirnareale benutzt werden,

wenn man einen Baum sieht und wenn man sich einen

Baum vorstellt.

Man sieht, warum dieses Experiment mit Versuchstieren

nicht möglich gewesen wäre: Wie könnten wir sicher

sein, dass eine Ratte sich etwas bildlich vorstellt?

Diese Studie zeigt, welch großes Potenzial die Möglichkeit,

temporäre „Läsionen“ im Hirn zu erzeugen,

für die Erforschung der Hirnfunktionen hat.

Unter gewissen Bedingungen können Neurowissenschaftler

etwas über die Funktion von Gehirnregionen

erfahren, indem sie diese direkt stimulieren. Ein Pionier

im Einsatz elektrischer Stimulation, um tief liegende

Hirnstrukturen zu erforschen, war Walter Hess

Mitte der 50er Jahre des vergangenen Jahrhunderts.

Hess implantierte zum Beispiel Elektroden ins Gehirn

sich frei bewegender Katzen. Mit einem Knopfdruck

konnte er einen kleinen elektrischen Impuls an der

Spitze der Elektrode auslösen. Hess stimulierte 4.500

Gehirnregionen von annähernd 500 Katzen und hielt

die Konsequenzen im Verhalten genau fest. Er entdeckte,

dass in Abhängigkeit von der Platzierung der

Elektroden Schlaf, Sexualtrieb, Angst oder Furcht auf

Knopfdruck erzeugt und genauso schnell wieder abge-

85


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

KRITISCHES DENKEN IM ALLTAG

Was bedeutet „Es liegt in den Genen“?

Das Human Genome Project hat die Genetik stark ins

öffentliche Bewusstsein gerückt. In den Medien wird

regelmäßig über die Fortschritte der Wissenschaft

im Verständnis genetischer Beiträge zu solch wichtigen

menschlichen Erfahrungen wie Fettleibigkeit,

Sexualität und psychischer Erkrankung berichtet.

Wir möchten Ihnen einen Bezugsrahmen zur Bewertung

solcher Medienberichte geben. Wir werden uns

dabei auf die Charaktereigenschaft der Impulsivität

konzentrieren. Die Forschung interessiert sich für

diese Verhaltensdimension, weil hohe Impulsivität

Menschen anfällig für Probleme wie Alkohol- und

Drogensucht macht (Sher et al., 2000).

Angenommen, Sie stoßen auf einen Zeitungsartikel

mit der Überschrift „Wissenschaftler finden Impulsivitäts-Gen“.

Welche Informationen sollte dieser

Artikel enthalten? Erstens ist es wichtig, genau zu

verstehen, was „Impulsivität“ im Zusammenhang

des betreffenden Artikels bedeutet. Überlegen Sie einen

Moment, wie Sie selbst diesen Begriff definieren

oder anwenden würden: Sie kennen wahrscheinlich

einige Menschen, die Sie als impulsiv bezeichnen

würden, und andere, die Sie nicht so nennen würden.

Aber was bedeutet das genau? Sind Ihre Bekannten

impulsiv, weil sie nie voraus planen? Weil sie sich

nicht beherrschen können? Weil sie zu viele Risiken

eingehen? Wenn Sie auf die Behauptung „Wissenschaftler

finden Impulsivitäts-Gen“ stoßen, müssen

Sie genau feststellen, wie die Forscher den Begriff benutzen.

Diese hohe Spezifizierung ist wichtig, weil es

gut möglich ist, dass verschiedene Verhaltensmuster,

die unter „Impulsivität“ zusammengefasst werden,

verschiedene genetische Ursachen haben (Congdon &

Canli , 2006). Wenn der Artikel keine genaue Definition

von „Impulsivität“ bietet, sollten Sie seine Schlussfolgerungen

nur mit Vorbehalt akzeptieren.

Als Nächstes suchen Sie nach einer Erklärung,

warum die beteiligten Forscher glauben, dass das

identifizierte Gen, eine ursächliche Rolle für impulsives

Verhalten spielt. Manchmal wird diese Information

als Tatsachenbehauptung gegeben: „Menschen

mit der Variante A dieses Gens sind impulsiv;

Menschen mit der Variante B sind es nicht.“ In der

gegenwärtigen Forschung wollen die Forscher allerdings

meistens eine Vorstellung des Mechanismus

geben, mit dem das Gen das Verhalten steuert. Aus

diesen Berichten erfahren Sie häufig lediglich, dass

das angesprochene Gen die Charaktereigenschaft

nur indirekt beeinflusst.

So haben sich beispielsweise Analysen impulsiven

Verhaltens in letzter Zeit auf den Neurotransmitter

Dopamin konzentriert. Dopamin wirkt in Hirnarealen,

die wesentlich für Aufgaben wie etwa Vorausplanung

sind – es ist dieser Neurotransmitter, der

für kognitive Stabilität und Flexibilität sorgt (Bilder

et al., 2004). Aus dieser Beschreibung können Sie

ersehen, warum Störungen der Dopaminfunktion

Menschen zu impulsiven oder instabilen Verhaltensweisen

veranlassen könnten. Wenn Sie also eine

genetische Grundlage der Impulsivität finden möchten,

so impliziert das allerdings, dass Sie in Wirklichkeit

eine genetische Grundlage für den individuell

unterschiedlichen Gebrauch von Dopamin

suchen. Forscher haben tatsächlich begonnen, Variationen

in mehreren Genen – mit Bezeichnungen wie

DRD4 und COMT – zu dokumentieren, die den Dopaminhaushalt

verändern (Congdon & Canli , 2006).

Sie sehen jetzt allmählich, wie alle diese Dinge

zusammenpassen. Die Forscher setzen bei einer Charaktereigenschaft

oder Verhalten wie Impulsivität

an, die bei einzelnen Menschen unterschiedlich

stark ausgeprägt ist. Mit der Zeit verstehen sie, welche

Vorgänge im Gehirn diese Unterschiede hervorrufen

könnten. Dann können sie nach genetischen

Variationen suchen, die diese unterschiedliche Gehirnaktivität

erklären. Obwohl also die Überschrift

„Wissenschaftler finden Impulsivitäts-Gen“ lautet,

ist die wirkliche Nachricht eher, dass Wissenschaftler

entdeckt haben, wie ein bestimmtes Gen – vielleicht

eines von vielen – den Dopaminhaushalt des

Gehirns beeinflusst. Das ist keine so prägnante

Schlagzeile, käme aber der wirklichen Entdeckung

näher.

Warum ist es in der genetischen Forschung wichtig,

Charaktereigenschaften oder Verhaltensweisen

genau zu definieren?

Warum könnten die Gene, die Impulsivität beeinflussen,

auch auf andere Verhaltensweisen wirken?

86


3.3 Biologie und Verhalten

schaltet werden konnten. Die elektrische Stimulation

bestimmter Gehirnregionen konnte beispielsweise

normalerweise zahme Katzen dazu bringen, vor Erregung

die Haare aufzustellen und sich auf das nächstbeste

Objekt zu stürzen.

Aufzeichnung und Bildgebung der Gehirnaktivität

Wie haben neue bildgebende Verfahren die Fragen aufgefächert,

die sich Forscher stellen können?

Andere Neurowissenschaftler lokalisieren Gehirnfunktionen,

indem sie mit Elektroden die elektrische Aktivität

des Gehirns in Reaktion auf einen äußeren Reiz

aufzeichnen. Die vom Gehirn produzierte elektrische

Energie kann mit unterschiedlicher Genauigkeit betrachtet

werden. Auf der Ebene höchster Genauigkeit

führen Forscher höchst empfindliche Mikroelektroden

ins Gehirn ein, um die elektrische Aktivität eines einzelnen

Neurons aufzuzeichnen. Derartige Aufzeichnungen

können Veränderungen der Aktivität einzelner

Zellen in Reaktion auf Umweltreize aufzeigen.

Bei menschlichen Versuchspersonen platzieren

Forscher oft eine Anzahl von Elektroden außen auf

dem Schädel, um größere, zusammenhängende Muster

elektrischer Aktivität aufzuzeichnen. Diese Elektroden

liefern die Daten für ein Elektroenzephalogramm

(EEG) , eine verstärkte Darstellung der Gehirnaktivität.

Mit dem EEG kann die Beziehung zwischen psychischer

Aktivität und der Reaktion des Gehirns untersucht

werden. In einem Experiment sollten die

Probanden eine Reihe von Gesichtern betrachten und

bei jedem Gesicht angeben, ob sie es wohl in einem

späteren Gedächtnistest wiedererkennen würden. Zu

dem Zeitpunkt, an dem die Probanden ihre Entscheidungen

fällten, ließen sich über das EEG unterscheidbare

Muster von Gehirnaktivität ermitteln, und diese

Muster waren ein guter Prädiktor für diejenigen Gesichter,

die anschließend tatsächlich wiedererkannt

wurden (Sommer et al., 1995).

Zu den spannendsten technologischen Neuerungen

bei der Erforschung des Gehirns gehören Geräte, die

eigentlich entwickelt wurden, damit Neurochirurgen

Abnormitäten des Gehirns, wie Schädigungen nach

Schlaganfall oder Krankheit, entdecken können. Diese

Geräte liefern Bilder des lebenden Gehirns ohne invasive

Verfahren, die das Risiko einer Gewebeschädigung

mit sich bringen.

Bei der Forschung unter Einsatz der Positronen-

Emissions-Tomographie (PET) werden den Probanden

unterschiedliche Arten radioaktiver (aber ungefährlicher)

Substanzen injiziert, die über das Blut schließlich

ins Gehirn wandern, wo sie dann von aktiven Gehirnzellen

aufgenommen werden. Aufzeichnungsgeräte

außerhalb des Schädels können die Radioaktivität erfassen,

die diejenigen Zellen abgeben, die während unterschiedlicher

geistiger oder verhaltensbezogener Aufgaben

aktiv sind. Diese Informationen werden dann in

einen Computer eingegeben, der ein dynamisches Bild

(einen so genannten PET-Scan) des Gehirns erstellt, das

zeigt, wo die verschiedenen Arten psychischer Aktivitäten

tatsächlich stattfinden ( Abbildung 3.12).

Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT , auch

MRI von magnetic resonance imaging) nutzt Magnetfelder

und Radiowellen, um Energieimpulse im Gehirn

zu erzeugen. Wird der Magnetimpuls auf verschiedene

Frequenzen eingestellt, richten sich einige Atome im

Magnetfeld aus. Wird der Magnetimpuls wieder abgeschaltet,

vibrieren die Atome (sie erzeugen eine Resonanz),

wenn sie sich in ihre Ursprungslage zurück orientieren.

Spezielle Wellenempfänger orten diese Resonanz

und leiten diese Information an einen Computer weiter,

der wiederum Bilder der Positionen unterschiedlicher

Atome in den Hirnarealen generiert. Mithilfe dieser Bilder

können Forscher Hirnstrukturen mit psychischen

Prozessen in Verbindung bringen.

Die deutlichsten Bilder anatomischer Details liefert

das MRT, während PET-Scans genauere Informationen

über Funktionen bereitstellen. In einem neuen Verfahren,

der funktionalen Magnet-Resonanz-Tomographie

(fMRT ; englisch fMRI), spielen einige Vorteile beider

Techniken zusammen, indem magnetische Veränderungen

im Blutfluss zu den Zellen im Gehirn gemessen

werden können; die fMRT erlaubt präzisere Aussagen

über Struktur und Funktion des Gehirns.

Forscher nutzen die fMRT, um die Hirnregionen zu

entdecken, die für viele der wichtigsten kognitiven

Fähigkeiten wie Aufmerksamkeit, Wahrnehmung,

Sprachverarbeitung und Gedächtnis verantwortlich

sind (Cabeza & Nyberg, 2000).

87


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Abbildung 3.12: PET-Scans

des tätigen Gehirns. Diese

PET-Aufnahmen zeigen, dass

unterschiedliche Aufgaben

neuronale Aktivität in unterschiedlichen

Hirnregionen

hervorrufen. (Höchste Nervenzellaktivität

ist rot dargestellt,

jeweils niedrigere Aktivität

orange, gelb, grün und

schließlich blau für geringe

Aktivität.)

Mehr als 300 Jahre ist es her, dass Descartes bei Kerzenlicht

in seinem Arbeitszimmer saß und über das

Gehirn sinnierte; mehr als 100 Jahre sind vergangen,

seit Broca entdeckte, dass Hirnregionen offenbar mit

spezifischen Funktionen in Verbindung stehen. Seit

diesen Entwicklungen hat die kulturelle Evolution die

Neurowissenschaftler mit den benötigten Technologien

ausgerüstet, um dem Gehirn einige seiner größten

Geheimnisse zu entlocken. Der Rest dieses Kapitels

beschreibt einige dieser Geheimnisse.

Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) liefert dieses farbige

Profil eines normalen Gehirns. (Hier stehen die verschiedenen Farben

für unterschiedliche Gewebestrukturen.) Warum versucht

man, Gehirnregionen zu identifizieren, die bestimmten Funktionen

zugrunde liegen?

3.3.2 Das Nervensystem

Das Nervensystem besteht aus Milliarden von hoch

spezialisierten Nervenzellen, oder Neuronen, die das

Gehirn und die Nervenfasern bilden, die man überall

im Körper findet. Das Nervensystem ist in zwei Hauptbereiche

unterteilt: das zentrale Nervensystem (ZNS)

und das periphere Nervensystem (PNS) . Das ZNS umfasst

alle Neurone des Gehirns und des Rückenmarks;

zum PNS gehören alle Neurone, welche die Nervenfasern

bilden, die das ZNS mit dem Körper verbinden.

Die Abbildungen 3.13 und 3.14 zeigen die Beziehung

vom ZNS zum PNS.

Die Aufgabe des ZNS ist die Integration und Koordination

aller körperlichen Funktionen, die Verarbeitung

aller eintreffenden neuronalen Informationen

und die Entsendung von Befehlen an unterschiedliche

Bereiche des Körpers. Das ZNS sendet und erhält neuronale

Information über das Rückenmark , einen Strang

von Neuronen, der das Gehirn mit dem PNS verbindet.

Dieser Strang befindet sich in einem Hohlraum der

Wirbelsäule. Die Spinalnerven des Rückenmarks treten

zwischen jedem Wirbelpaar der Wirbelsäule aus,

verzweigen sich und stehen mit Sinnesrezeptoren,

Muskeln und Drüsen in Verbindung. Das Rückenmark

koordiniert die Aktivität der linken und rechten Körperseite

und ist für einfache, schnelle reflektorische

Aktionen ohne Beteiligung des Gehirns verantwortlich.

Ein Organismus, dessen Rückenmark vom Gehirn

abgetrennt wurde, kann immer noch seine Körperteile

von einem Schmerz auslösenden Reiz zurückziehen.

88


3.3 Biologie und Verhalten

Zentrales Nervensystem

Peripheres

Nervensystem

Abbildung 3.13: Die Struk -

tur des menschlichen zentralen

und peripheren Nervensystems.

Die sen sorischen

und motorischen Nervenfasern,

die das periphere Nervensystem

bilden, sind über

das Rückenmark mit dem

Gehirn verbunden (nach

McAnulty & Burnette, 2003).

Obgleich ein intaktes Gehirn normalerweise von einer

derartigen Handlung Notiz nehmen würde, kann der

Organismus die Handlung ohne Anweisungen von

oben zu Ende führen. Schädigungen der Nerven des

Rückenmarks können zu Lähmungen der Beine oder

des Rumpfes führen, wie beispielsweise bei Querschnittsgelähmten.

Das Ausmaß der Lähmung hängt

davon ab, wie weit oben das Rückenmark geschädigt

ist; höher angesiedelte Schädigung führt zu ausgedehnterer

Lähmung.

Trotz seiner Funktion als Kommandozentrale ist das

ZNS von jeglichem direktem Kontakt mit der Außenwelt

isoliert. Es ist die Rolle des PNS, das ZNS mit

Informationen aus den Sinnesrezeptoren zu versorgen,

wie man sie in den Augen und Ohren findet, und

Anweisungen vom Gehirn zu den Organen und Muskeln

weiterzuleiten. Das PNS umfasst wiederum zwei

Arten von Nervenfasern (siehe Abbildung 3.14). Das

somatische Nervensystem reguliert die Aktivität der

Skelettmuskulatur. Man stelle sich vor, man tippt einen

Brief. Die Bewegung der Finger auf der Tastatur

wird vom somatischen Nervensystem gesteuert. Sobald

man weiß, was man schreiben will, sendet das

Gehirn Anweisungen an die Finger, bestimmte Tasten

zu drücken. Gleichzeitig senden die Finger eine Rückmeldung

über ihre Position und ihre Bewegung an das

Gehirn. Drückt man die falsche Taste, informiert das

somatische Nervensystem das Gehirn, das dann die

nötige Korrektur vornimmt, und in Sekundenbruchteilen

löscht man den Fehler und drückt die richtige

Taste.

Der andere Teil des PNS ist das autonome Nervensystem

, das grundlegende Lebensfunktionen überwacht.

Dieses System arbeitet rund um die Uhr und

89


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Abbildung 3.14: Die hierarchische

Struktur des menschlichen

Nervensystem s. Das

zentrale Nervensystem besteht

aus dem Gehirn und dem Rückenmark.

Das periphere Nervensystem

teilt sich gemäß

seiner Funktionen auf: Das somatische

Nervensystem kontrolliert

die Willkürbewegungen

und das autonome Nervensystem

reguliert die inneren Prozesse.

Das autonome Nervensystem

teilt sich weiter in zwei

Subsysteme auf: Das sympathische

Nervensystem steuert

das Verhalten in Notfallsituationen,

und das parasympathische

Nervensystem regelt

Verhalten und interne Prozesse

unter normalen Umständen.

Zentralnervensystem

(Gehirn und Rückenmark)

Nervensystem

Somatisches Nervensystem

(sensorische und motorische

Nerven, willkürlich)

Peripheres Nervensystem

(neuronales Gewebe außerhalb

von Gehirn und Rückenmark)

Sympathischer

Teil (»Notfall«)

Autonomes Nervensystem

(internes System, nicht

willkürlich)

Parasympathischer

Teil

(»Warnung«)

reguliert die Körperfunktionen, die wir gewöhnlich

nicht bewusst kontrollieren, wie Atmung, Verdauung

und Erregungsniveau. Das autonome Nervensystem

muss auch während des Schlafes arbeiten, und es hält

während einer Narkose oder eines längeren Komas die

Lebensfunktionen aufrecht.

Das autonome Nervensystem ist für zwei Arten von

überlebensrelevanten Situationen zuständig: solche,

die den Organismus bedrohen, und solche, die zur

Erhaltung des Organismus beitragen. Um diese Funktionen

zu erfüllen, ist das autonome Nervensystem

wiederum in ein sympathisches und ein parasympa

thisches Nervensystem unterteilt (siehe Abbildung

3.14). Diese Teile arbeiten gegensätzlich (anta -

gonis tisch), um ihre Aufgaben zu erfüllen. Das

sympa thische Nervensystem dirigiert Reaktionen auf

Notfallsituationen; das parasympathische Nervensystem

überwacht die Routinefunktionen des Körpers.

Der sympathische Teil kann als der „Krisenbeauftragte“

des Körpers angesehen werden – in einer

Notfall- oder Stresssituation regt er die Hirnstrukturen

für „Kampf oder Flucht“ an. Die Verdauung hält

inne, das Blut fließt von den inneren Organen zu den

Muskeln, der Sauerstoffverbrauch und der Puls steigen.

Wenn die Gefahr vorüber ist, ist es die Aufgabe

des parasympathischen Teils, diese Prozesse zu verlangsamen,

und die Person beruhigt sich langsam

wieder. Die Verdauung stellt sich wieder ein, das

Herz schlägt langsamer, und die Atmung wird ruhiger.

Der parasympathische Teil ist für die „häuslichen

Pflichten“ des Körpers im Normalbetrieb zuständig,

wie die Beseitigung von Abfallstoffen, den

Schutz des visuellen Systems (durch das Erzeugen

von Tränenflüssigkeit und die Pupillenreaktion) und

die Langzeitversorgung des Körpers mit Energie. Die

unterschiedlichen Aufgaben des sympathischen und

parasympathischen Nervensystems sind in Abbildung

3.15 dargestellt.

3.3.3 Gehirnstrukturen und ihre

Funktionen

Das Gehirn ist die wichtigste Komponente unseres

zentralen Nervensystems. Das menschliche Gehirn besteht

aus drei miteinander verbundenen Schichten. Im

tiefsten Bereich des Gehirns, dem Hirnstamm , befinden

sich Strukturen, die hauptsächlich an autonomen

Prozessen wie Pulsfrequenz, Atmung, Schlucken und

Verdauung beteiligt sind. Dieser zentrale Kern ist umgeben

vom limbischen System , das an Prozessen von

Motivation, Emotion und Gedächtnis beteiligt ist. Das

Großhirn (Cerebrum ) umschließt diese beiden Strukturebenen.

Im Großhirn befindet sich die Gesamtheit

des menschlichen Geistes. Das Cerebrum und dessen

Oberfläche, der cerebrale Cortex , integriert sensorische

Informationen, koordiniert die Bewegungen

und ermöglicht abstraktes Denken und Schlussfolgern

( Abbildung 3.16). Betrachten wir nun die Funktionen

dieser drei wichtigen Hirnregionen etwas genauer,

beginnend mit dem Hirnstamm, dem Thalamus

und dem Kleinhirn (Cerebellum ).

90


3.3 Biologie und Verhalten

Abbildung 3.15: Das autonome Nervensystem. Das parasympathische Nervensystem, das die internen Prozesse und das Verhalten

im Alltag regelt, ist links, das sympathische Nervensystem, das interne Prozesse und das Verhalten in Stresssituationen regelt, rechts

dargestellt. Man beachte, dass die Nervenfasern des sympathischen Nervensystems auf ihrem Weg zum und vom Rückenmark Ganglien

innervieren, also Verbindungen zu ihnen herstellen; Ganglien sind spezialisierte Cluster von Neuronenketten.

Limbisches System:

reguliert Emotionen

und motivationales

Verhalten

Cerebraler Cortex:

ist in komplexe mentale

Prozesse involviert

Limbisches

System

Thalamus: überträgt

sensorische Informationen

Hypothalamus:

reguliert internen

Zustand des Körpers

Cerebellum: reguliert

koordinierte Bewegung

Hirnstamm

und

Cerebellum

Hirnstamm: bestimmt das generelle

Erregungsniveau des Gehirns und

stellt ein Warnsystem bereit

Rückenmark: Pfad der Nervenfasern

vom Gehirn weg und zum Gehirn hin

Thalamus

Abbildung 3.16: Gehirnstrukturen. Das Gehirn besteht aus verschiedenen Hauptkomponenten, unter anderem dem Hirnstamm, dem

Kleinhirn, dem limbischen System und der Großhirnrinde. All diese Bestandteile bilden zusammen ein komplexes Ganzes.

91


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Hirnstamm, Thalamus und Kleinhirn

Den Hirnstamm findet man bei allen Wirbeltieren. Er

enthält Strukturen, die die internen Prozesse des Körpers

regeln ( Abbildung 3.17). Die Medulla oblongata

(verlängertes Rückenmark), am oberen Ende des Rückenmarks

angesiedelt, stellt das Zentrum für Atmung, Blutdruck

und Herzschlag dar. Weil diese Prozesse lebenswichtig

sind, kann eine Schädigung der Medulla fatale

Folgen haben. Nervenfasern, die vom Körper aufsteigen

und vom Gehirn hinabführen, kreuzen in der Medulla.

Das bedeutet, dass die linke Körperseite mit der

rechten, die rechte Körperseite mit der linken Hirnhälfte

verbunden ist.

Genau über der Medulla liegt die Brücke (Pons ), die

ankommende Informationen in andere Strukturen des

Hirnstamms und in das Kleinhirn leitet (Pons ist das

lateinische Wort für Brücke). Die Formatio reticularis ist

ein dichtes Netzwerk von Nervenzellen, das als Wächter

des Gehirns dient. Sie regt den cerebralen Cortex an, die

Aufmerksamkeit auf eine neue Stimulation zu richten,

und hält das Gehirn sogar während des Schlafes aufmerksam

(Kinomura et al., 1996). Eine massive Schädigung

in diesem Bereich führt oft zum Koma.

Die Formatio reticularis besitzt lange Nervenfasern,

die zum Thalamus führen, der die eintreffende sensorische

Information kanalisiert und zu den entsprechenden

Arealen des Cortex zur Verarbeitung weiterleitet.

Der Thalamus leitet zum Beispiel Informationen

von den Augen in cortikale Areale der visuellen Verarbeitung.

Neurowissenschaftler wissen seit langem, dass das

Cerebellum (Kleinhirn ), beim Hirnstamm an der Schädelbasis

liegend, Körperbewegungen koordiniert, die

Haltung kontrolliert und das Gleichgewicht aufrecht

erhält. Eine Schädigung des Cerebellums unterbricht

den Fluss ansonsten weicher Bewegungen; sie erscheinen

unkoordiniert und ruckartig. Neuere Forschungen

lassen vermuten, dass das Kleinhirn auch eine wichtige

Rolle spielt, wenn es um die Fähigkeit geht, beispielsweise

die Kontrolle von Körperbewegungen zu

erlernen (Hazeltine & Ivry , 2002; Seidler et al., 2002).

Das limbische System

Das limbische System vermittelt zwischen motiviertem

Verhalten, emotionalen Zuständen und Gedächtnisprozessen.

Des Weiteren regelt es Körpertemperatur,

Blutdruck, Blutzuckerspiegel und andere Aspekte

des Körperhaushalts. Das limbische System besteht

aus drei Strukturen: Hippocampus, Amygdala und

Hypothalamus ( Abbildung 3.18).

Der Hippocampus , die größte Struktur des limbischen

Systems, spielt beim Erwerb expliziter Gedächtnisinhalte

eine wichtige Rolle. Es gibt beträchtliche

klinische Belege für diese Ansicht, insbesondere

aus Studien mit dem Patienten H. M., einem der bekanntesten

Probanden der Psychologie.

Thalamus

Pons (Brücke)

Medulla

Cerebellum

Formatio reticularis

Hypothalamus

Amygdala

Hippocampus

Abbildung 3.17: Hirnstamm, Thalamus und Kleinhirn. Diese

Strukturen sind primär an grundlegenden Lebensprozessen beteiligt:

Atmung, Puls, Erregungsniveau, Bewegung, Gleichgewicht

und einfache Verarbeitung sensorischer Informationen.

Abbildung 3.18: Das limbische System. Die Strukturen des

limbischen Systems, die man nur bei Säugetieren findet, sind an

motiviertem Verhalten, emotionalen Zuständen und Gedächtnisprozessen

beteiligt.

92


3.3 Biologie und Verhalten

AUS DER FORSCHUNG

Als er 27 Jahre alt war, unterzog sich H. M. einer Operation,

um zu versuchen, dadurch die Häufigkeit und Schwere

seiner epileptischen Anfälle zu reduzieren. Während dieser

Operation wurden Teile seines Hippocampus entfernt. Infolgedessen

konnte sich H. M. nur noch an Dinge erinnern,

die sehr lange zurücklagen; er verlor seine Fähigkeiten,

neue Informationen im Langzeitgedächtnis zu speichern.

Noch lange nach jener Operation glaubte er, im Jahre 1953

zu leben – das war das Jahr seiner Operation.

Bestimmte Arten von Erinnerungen können allerdings

auch nach einer Schädigung des Hippocampus noch

gespeichert werden – zum Beispiel konnte sich H. M.

noch neue Fähigkeiten aneignen. Sollten Sie also in

einen Unfall verwickelt worden sein und eine Verletzung

des Hippocampus erlitten haben, dann könnten

Sie immer noch neue Aufgaben lernen, Sie würden

sich aber nicht mehr daran erinnern können! Nach

weiterer Beschäftigung mit dem Hippocampus ist die

Forschung zu noch detaillierteren Erkenntnissen darüber

gelangt, wie sogar verschiedene Bereiche dieser

Struktur an der Aneignung verschiedener Arten von

Gedächtnisinhalten beteiligt sind (Zeineh et al., 2003).

In Kapitel 7 werden wir auf die Funktion des Hippocampus

bei der Einspeicherung von Gedächtnisinhalten

zurückkommen.

Die Amygdala (der Mandelkern) ist maßgeblich an

der emotionalen Kontrolle und der Formung emotionaler

Gedächtnisinhalte beteiligt. Aufgrund ihrer Kontrollfunktion

wirken sich Schädigungen der Amygdala

beruhigend auf sonst ungehaltene Menschen aus.

(In Kapitel 15 diskutieren wir die Psychochirurgie.)

Die Schädigung einiger Areale der Amygdala beeinträchtigt

jedoch auch die Fähigkeit, den emotionalen

Gehalt von Gesichtsausdrücken zu erinnern (Adolphs

et al., 1994). Das gilt im Besonderen für negative emotionale

Ausdrücke wie beispielsweise Angst. Forscher

vermuten, dass die Amygdala bei der Aneignung und

dem Einsatz von Wissen über Bedrohung und Gefahr

eine spezielle Rolle spielt (Adolphs et al., 1999).

Der Hypothalamus ist eine der kleinsten Strukturen

des Gehirns und spielt doch bei vielen unserer wichtigsten

alltäglichen Handlungen eine entscheidende

Rolle. Er ist aus verschiedenen Kernen (Nuclei), kleinen

Neuronenbündeln, zusammengesetzt, die physiologische

Prozesse des motivationalen Verhaltens regulieren

(darunter Essen, Trinken, Regelung der Temperatur

und sexuelle Erregung). Der Hypothalamus erhält

das innere Gleichgewicht des Körpers, die Homöostase

. Hat der Körper wenige Energiereserven zur Verfügung,

ist der Hypothalamus an der Stimulation des

Organismus zur Nahrungsbeschaffung und Nahrungsaufnahme

beteiligt. Sinkt die Körpertemperatur, verursacht

der Hypothalamus eine Kontraktion der Blutgefäße

oder kleine unwillkürliche Bewegungen, das

Frösteln oder Zittern vor Kälte. Der Hypothalamus reguliert

auch die Aktivitäten des endokrinen Systems.

Das Großhirn

Beim Menschen überragt das Großhirn den Rest des

Gehirns; es beansprucht zwei Drittel der Gehirnmasse

für sich. Seine Aufgabe ist die Regulierung höherer

kognitiver und emotionaler Funktionen. Die äußere

Oberfläche des Großhirns, bestehend aus Milliarden

von Zellen in einer Schicht von etwa drei Millimetern,

wird cerebraler Cortex genannt. Das Großhirn ist in

zwei fast symmetrische Hälften, die cerebralen Hemisphären

, unterteilt (wir werden diese beiden Hemisphären

weiter unten in diesem Kapitel noch ausführlich

behandeln). Die beiden Hemisphären sind

über einen gewaltigen Strang aus Nervenfasern, das

Corpus callosum (auch Balken genannt), verbunden.

Über diesen Pfad vollzieht sich der Informationsaustausch

zwischen den Hemisphären.

Neurowissenschaftler kartografierten jede Hemisphäre

mithilfe zweier wichtiger Landmarken. Eine

Furche, der Sulcus centralis (Zentralfurche), teilt jede

Hemisphäre vertikal, und eine zweite ähnliche Furche,

die Fissura lateralis (auch Sylvische Furche genannt),

teilt jede Hemisphäre horizontal ( Abbildung

3.19). Durch diese vertikalen und horizontalen

Unterteilungen lassen sich vier Areale oder Hirnlappen

in jeder Hemisphäre definieren. Der Frontallappen

, beteiligt an der motorischen Kontrolle und kognitiven

Aktivitäten wie Planen, Entscheiden und dem

Setzen von Zielen, befindet sich oberhalb der Fissura

lateralis und vor dem Sulcus centralis. Schädigungen

der Frontallappen können verheerende Auswirkungen

auf das Handeln und die Persönlichkeit eines Menschen

haben. Genau dort lag die Verletzung, die bei

Phineas Gage solch dramatische Veränderungen hervorrief

(Damasio et al., 1994). Der Frontallappen enthält

auch das Broca-Areal, jene Region des Gehirns,

die Paul Broca im Laufe seiner Arbeiten mit Patienten

mit Sprachstörungen identifizierte.

Der Parietallappen ist für Empfindungen wie Berührung,

Schmerz und Temperatur verantwortlich

und befindet sich direkt hinter der Zentralfurche. Der

Okzipitallappen , die Endstation für visuelle Informationen,

liegt am Hinterkopf. Der Temporallappen , verantwortlich

für das Hören, befindet sich unter der La-

93


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Draufsicht

Frontallappen

Motorareal

Sulcus

centralis

Areal für Körperempfinden

Parietallappen

Corpus callosum

Broca-

Areal

Okzipitallappen

Fissura

lateralis

Auditorisches Areal

Wernicke-Areal

Visuelles Areal

Temporallappen

Linke

Hemisphäre

Rechte

Hemisphäre

vorne

hinten

Abbildung 3.19: Die Großhirnrinde. Jede der beiden Hemisphären des Cortex besteht aus vier Lappen. Unterschiedliche sensorische

und motorische Funktionen konnten mit speziellen Teilen jedes Hirnlappens in Verbindung gebracht werden.

teralfurche auf jeder Hemisphäre. Im Temporallappen

befindet sich ein als Wernicke-Areal bezeichnetes Gebiet.

1874 entdeckte Carl Wernicke , dass Patienten mit

einer Schädigung dieses Areals ihr Sprachverständnis

verloren.

Es wäre irreführend zu sagen, dass irgendein Hirnlappen

irgendeine spezifische Funktion allein kontrolliert.

Die Hirnstrukturen vollziehen ihre Aufgaben

gemeinsam, sie arbeiten reibungslos als eine integrale

Einheit zusammen, gleich einem Symphonieorchester.

Ob wir den Abwasch machen, eine Rechenaufgabe

lösen oder mit unseren Freunden reden, unser Gehirn

arbeitet als ein einheitliches Ganzes. Jeder Hirnlappen

interagiert und kooperiert mit den anderen. Dennoch

können Neurowissenschaftler Areale der vier Hirnlappen

ausmachen, die für spezielle Funktionen wie das

Sehen, das Hören, die Sprache und das Gedächtnis

notwendig sind. Sind sie geschädigt, sind ihre Funktionen

gestört oder gänzlich verloren.

Die Aktionen der mehr als 600 Muskeln unseres

Körpers, die wir willentlich einsetzen, werden vom

motorischen Cortex kontrolliert, der sich genau vor

dem Sulcus centralis im Frontallappen befindet. Erinnern

wir uns, dass Befehle von einer Seite des Gehirns

zu Muskeln auf der gegenüberliegenden Körperseite

geleitet werden. Außerdem werden Muskeln der unteren

Körperhälfte – zum Beispiel die, mit denen wir

unsere Zehen bewegen – von Neuronen im oberen

Bereich des motorischen Cortex gesteuert. Muskeln

der oberen Körperhälfte, beispielsweise die Muskeln

des Vokaltrakts, werden von Neuronen im unteren Bereich

des motorischen Cortex gesteuert. Wie aus Abbildung

3.20 zu entnehmen ist, erhalten die oberen

Bereiche des Körpers sehr viel detailliertere motorische

Instruktionen als die unteren. In der Tat sind die

zwei größten Areale des motorischen Cortex für die

Finger – speziell für den Daumen – und für die Muskeln,

die an der Sprache beteiligt sind, zuständig. Diese

vergleichsweise großen Bereiche des motorischen

Cortex reflektieren die für das menschliche Verhalten

besondere Wichtigkeit des Umgangs mit Gegenständen,

des Werkzeuggebrauchs, des Essens und des

Sprechens.

Der somatosensorische Cortex befindet sich genau

hinter der Zentralfurche im linken und rechten Parietallappen.

Dieser Bereich des Cortex verarbeitet Informationen

über Temperatur, Berührung, Position im

Raum und Schmerz. Vergleichbar mit dem motorischen

Cortex ist der obere Teil des sensorischen Cortex mit

den unteren Körperbereichen verbunden und der unte-

94


3.3 Biologie und Verhalten

Primärer

motorischer

Cortex

Primärer auditorischer

Cortex und auditorische

Assoziationsareale

Beine

Zehen

Hand

Zeigefinger

Daumen

Schlucken

Kauen

Primärer somatosensorischer

Cortex

Primärer visueller Cortex

(tief in das hintere Ende

des Gehirns eingegraben)

A. Primärer motorischer Cortex

Knie

Zehen

Schulter

Schulter

Handgelenk

Handgelenk

Hand

Finger

Daumen

Gesicht

Lippen

Kiefer

B. Primärer somatosensorischer Cortex

Abbildung 3.20: Motorischer

und somatosensorischer

Cortex. Die verschiedenen

Körperteile reagieren

mehr oder weniger empfindlich

auf Stimulationen aus

der Umwelt und auf Kontrollprozesse

vom Gehirn. Die

Reizempfindlichkeit einer bestimmten

Körperregion steht

mit der Menge an Volumen

im Cortex in Verbindung, die

dieser Region zugeschrieben

ist. In dieser Abbildung ist

der Körper so gezeichnet,

dass die Größe der Körperteile

dem ihnen zugeordneten

cortikalen Volumen

entspricht. Je größer der Körperteil

in der Zeichnung, desto

größer ist dessen Reizempfindlichkeit

gegenüber

Stimulationen aus der Umwelt

und desto stärker kann

das Gehirn seine Bewegungen

kontrollieren.

re Teil des sensorischen Cortex mit den höher liegenden

Körperbereichen. Der größte Teil dieses Areals repräsentiert

Lippen, Zunge, Daumen und Zeige finger – die

Körperteile, welche die wichtigsten sensorischen Informationen

liefern (siehe Abbildung 3.20). Und wie

der motorische Cortex kommuniziert die rechte Hälfte

des somatosensorischen Cortex mit der linken und die

linke Hälfte mit der rechten Körperseite.

Auditive Information wird im auditorischen Cortex

verarbeitet, der in den beiden Temporallappen angesiedelt

ist. Der auditorische Cortex in jeder Hemisphäre

erhält Informationen von beiden Ohren. Ein Areal

des auditorischen Cortex ist an der Sprachproduktion

beteiligt und ein anderes am Sprachverstehen. Visueller

Input wird im hinteren Hirnbereich, im visuellen

Cortex , verarbeitet. Hier ist der größte Bereich für den

Input vom zentralen Bereich der Retina, der Fovea

centralis, am Augenhintergrund zuständig. Die Fovea

centralis überträgt die detailliertesten visuellen Informationen.

Nicht der gesamte Cortex ist für die Verarbeitung

sensorischer Information und für die Steuerung der

Muskeln zuständig. Tatsächlich ist der größte Teil mit

der Interpretation und Integration von Informationen

befasst. Prozesse wie Planen und Entscheiden ereignen

sich vermutlich im Assoziationscortex . Assoziationsareale

sind über unterschiedliche Areale des

Cortex verteilt – eine Region ist in Abbildung 3.20

bezeichnet. Der Assoziationscortex ermöglicht uns,

Informationen aus verschiedenen sensorischen Modalitäten

zu kombinieren, um geeignete Reaktionen auf

Reize aus der Umwelt zu planen.

Wir haben uns nun einen Überblick über viele wichtige

Strukturen unseres Nervensystems verschafft. Als

wir begannen, über das Großhirn zu sprechen, bemerkten

wir, dass jede cerebrale Struktur in beiden

Hemisphären unseres Gehirns repräsentiert ist. Die

Strukturen in diesen beiden Hemisphären besitzen

jedoch etwas unterschiedliche Funktionen bezüglich

vieler Arten des Verhaltens. Wir befassen uns nun mit

diesen Unterschieden zwischen den beiden Hemisphären

unseres Gehirns.

3.3.4 Hemisphärenlateralisation

Welche Arten von Informationen ließen Forscher ursprünglich

vermuten, dass es Unterschiede in den

Funktionen beider Hemisphären gibt? Erinnern wir

uns, dass Paul Broca bei der Autopsie von Tan eine

95


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Corpus callosum

Abbildung 3.21: Das Corpus callosum. Das Corpus callosum

ist ein massives Netzwerk an Nervenfasern, das Informationen

zwischen den beiden Hemisphären übermittelt. Eine Durchtrennung

des Corpus callosum beeinträchtigt diesen Kommunikationsprozess.

jeder Hemisphäre separat präsentiert werden konnten.

Sperrys und Gazzanigas Methode beruht auf der Anatomie

des visuellen Systems ( Abbildung 3.22). Für

jedes Auge verlaufen Informationen vom rechten visuellen

Feld in die linke Hemisphäre und Informationen

vom linken in die rechte Hemisphäre. Normalerweise

wird die Information beider Hemisphären sehr schnell

über das Corpus callosum ausgetauscht. Weil jedoch

dieser Weg bei Split-brain-Patienten unterbrochen ist,

bleibt die Information, die im rechten oder linken visuellen

Feld präsentiert wurde, nur in der linken bzw.

rechten Hemisphäre ( Abbildung 3.23).

Da bei den meisten Menschen die Sprache von der

linken Hemisphäre gesteuert wird, konnte die linke

Hemisphäre mit den Forschern kommunizieren, die

rechte hingegen nicht. Kommunikation mit der rechten

Hemisphäre war möglich, wenn man sie mit manuellen

Aufgaben konfrontierte, die eine Identifikation,

einen Vergleich oder ein Anordnung von Objekten

beinhalteten – Aufgaben, die nicht den Einsatz von

Schädigung in der linken Hemisphäre entdeckte. Broca

ging dieser ersten Entdeckung nach und fand, dass

weitere Patienten, die eine ähnliche Störung ihrer

sprachlichen Fähigkeiten aufwiesen – ein Muster, das

heute als Broca-Aphasie bekannt ist – ebenfalls eine

Schädigung der linken Hirnhälfte aufwiesen. Eine

Schädigung des entsprechenden Areals auf der rechten

Seite des Gehirns hatte nicht denselben Effekt. Was

bedeutet dies?

Die Möglichkeit, Hemisphärenunterschiede zu erforschen,

entstand erstmals im Kontext einer Behandlung

schwerer Epilepsie , bei der das Corpus callosum

durchtrennt wird – ein Strang von etwa 200 Millionen

Nervenfasern, die Informationen zwischen den

zwei Hemisphären hin und her übertragen ( Abbildung

3.21). Durch diese Operation soll verhindert

werden, dass die heftige elektrische Aktivität, die epileptische

Anfälle begleitet, von der einen auf die andere

Hemisphäre übergreift. Die Operation verläuft für

gewöhnlich erfolgreich, und der Patient erscheint darauf

in seinem Verhalten in den meisten Fällen normal.

Patienten, die sich dieser Operation unterziehen, werden

oft als Split-brain-Patienten bezeichnet.

Um die Fähigkeiten der voneinander getrennten Hemisphären

der epileptischen Patienten zu testen, kreierten

Roger Sperry (1968) und Michael Gazzaniga

(1970) Situationen, in denen visuelle Informationen

Abbildung 3.22: Die neuronalen Pfade der visuellen Informationen.

Die neuronalen Pfade der visuellen Informationen, von

der Innenseite (der Nase zugewandten Seite) jedes Auges kommend,

kreuzen am Corpus callosum von einer Hirnseite auf die

andere. Die Pfade, die Informationen von der Außenseite (der

Nase abgewandten Seite) jedes Auges transportieren, kreuzen

sich nicht. Eine Durchtrennung des Corpus callosum verhindert,

dass Informationen, die nur im rechten Sehfeld präsentiert wurden,

die rechte Hemisphäre erreichen, und die Information aus

dem linken Sehfeld kann nicht in die linke Hemisphäre gelangen.

96


3.3 Biologie und Verhalten

Abbildung 3.23: Koordination zwischen Auge und Hand. Die Koordination zwischen Auge und Hand ist normal, wenn ein Splitbrain-Patient

die linke Hand einsetzt, um ein Objekt zu finden und zu vergleichen, das im linken Sehfeld erscheint, weil beides in der

rechten Hemisphäre registriert wird. Wird er jedoch aufgefordert, die rechte Hand zu benutzen, um ein im linken Sehfeld gesehenes

Objekt zu vergleichen, kann er diese Aufgabe nicht lösen, weil sensorische Informationen der rechten Hand in die linke Hemisphäre

projiziert werden und es keine Verbindung mehr zwischen den Hemisphären gibt. Hier wird die Tasse fälschlicherweise der Birne zugeordnet.

Sprache erforderten. Betrachten wird die folgende Demonstration

eines Split-brain-Patienten, der seine linke

Hirnhälfte benutzt, um die Aktivitäten seiner linken

Hand zu erklären, die von seiner rechten Hirnhälfte

gesteuert wird.

AUS DER FORSCHUNG

Der rechten Hemisphäre wurde eine verschneite Szene

gezeigt und gleichzeitig der linken ein Bild einer Hühnerkralle.

Die Person wählte aus einer Reihe von Objekten

jene aus, die zu jeder dieser Szenen passten. Mit seiner

rechten Hand zeigte der Patient auf einen Hühnerkopf, mit

der linken auf eine Schaufel. Der Patient berichtete, dass

man die Schaufel braucht, um den Hühnerstall zu reinigen

(und nicht, um Schnee zu schippen). Weil die linke Hirnhälfte

aufgrund der Durchtrennung des Corpus callosum

nicht in das eingeweiht war, was die rechte „sah“, musste

sie erklären, warum die linke Hand auf eine Schaufel

zeigte, wenn das einzige Bild, das die linke Hemisphäre

wahrnahm, eine Hühnerkralle war. Das kognitive System

der linken Hirnhälfte lieferte eine Theorie, dem Verhalten

der verschiedenen Körperteile einen Sinn zu geben (Gazzaniga

, 1985).

Aus einer Vielzahl von anderen Forschungsmethoden

als nur den Split-brain-Studien wissen wir, dass bei

den meisten Menschen viele Sprachfunktionen in der

linken Hemisphäre lateralisiert sind. Eine Funktion wird

als lateralisiert angesehen, wenn eine Hirnhälfte die

übergeordnete Rolle bei der Ausübung dieser Funktion

spielt. Der Umgang mit Sprache – die Fähigkeit, zusammenhängend

zu sprechen – ist vielleicht die am stärksten

lateralisierte Funktion. Neurowissenschaftler fanden

heraus, dass bei nur etwa 5 Prozent der Rechtshänder

und 15 Prozent der Linkshänder Sprache von der rechten

Hemisphäre gesteuert wird, während bei weiteren

15 Prozent der Linkshänder Sprachprozesse in beiden

Hemisphären ablaufen (Rasmussen & Milner , 1977).

Daher ist Sprache bei den meisten Menschen eine

linkshemisphärische Funktion. Daraus folgt, dass eine

Schädigung der linken Hemisphäre bei den meisten

Menschen Sprachstörungen verursacht. Interessant

ist, dass bei Menschen, die sich mithilfe einer Gebärdensprache

– einem syntaktisch geregelten System komplizierter

Handpositionen und Handbewegungen zur

Vermittlung von Bedeutungen – verständigen, eine

linksseitige Hirnschädigung eine ähnlich stark beeinträchtigende

Wirkung hat (Corina & McBurney , 2001;

Hickok et al., 2002). Was lateralisiert ist, ist folglich

nicht Sprache als solche, sondern die Fähigkeit, eine

Folge von – verbalen oder manuellen – Gesten zu produzieren,

die kommunikative Bedeutung tragen.

Man darf nicht den Schluss ziehen, dass die linke

Hemisphäre irgendwie „besser“ sei als die rechte. Forscher

haben die Annahme vertreten, dass die beiden

Hemisphären dieselbe Information auf verschiedene

Weise – sozusagen stilistisch unterschiedlich – verar-

97


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Wie haben Untersuchungen über Menschen, die sich einer Gebärdensprache

bedienen, die Auffassungen der Forscher über die

Lateralisation von Hirnfunktionen beeinflusst?

beiten. Die linke Hemisphäre scheint analytischer zu

sein: Sie verarbeitet Informationen Stück für Stück. Die

rechte Hemisphäre scheint holistischer zu arbeiten: Sie

verarbeitet Informationen unter Berücksichtigung globaler

Muster. Es ist das gemeinsame Agieren beider Hemisphären

– jede mit ihrem besonderen Verarbeitungsstil

–, das unser Erleben reich werden lässt. Nicht

überraschend ist beispielsweise, dass die linke Hemisphäre

mit ihrem „Augenmerk“ auf kleine Details eine

Schlüsselrolle bei den meisten Formen der Problemlösung

spielt. Die Funktion der rechten Hemisphäre jedoch

tritt mehr in Erscheinung, wenn Probleme kreative

Lösungen oder plötzliche Geistesblitze erfordern – die

rechte Hemisphäre hilft, ausgedehnter im Gedächtnis

zu suchen, was bei diesen Arten von Problemen nötig

ist (Bowden & Beeman , 1998). (Wenn Sie Ihre rechte

Hemisphäre zum Einsatz bringen wollen, versuchen Sie

doch, einige der Aufgaben in Kapitel 8 zu lösen).

Wir haben uns jetzt einen Überblick über die vielen

wichtigen Strukturen unseres Nervensystems verschafft.

Betrachten wir nun das endokrine System, ein System

unseres Körpers, das bei der Regulation der Körperfunktionen

eng mit dem Nervensystem zusammenarbeitet.

3.3.5 Das endokrine System

Der menschliche Genotyp spezifiziert ein zweites,

hoch komplexes Regulationssystem, das endokrine

System, um die Arbeit des Nervensystems zu unterstützen.

Das endokrine System ist ein Netzwerk von

Drüsen, das chemische Botenstoffe, die Hormone ,

synthetisiert und in die Blutbahn entlässt ( Abbildung

3.24). Hormone sind für das tägliche Funktio-

Schilddrüse und

Nebenschilddrüse

Schilddrüse

und Nebenschilddrüse

Nebennieren

Bauchspeicheldrüse

Nebennieren

Bauchspeicheldrüse

Eierstöcke

Hoden

Hirnanhangdrüse

Abbildung 3.24: Die endokrinen Drüsen von Frauen und Männern. Die Hirnanhangdrüse ist ganz rechts abgebildet; sie ist die

Steuerzentrale, welche die Drüsen auf der linken Seite der Abbildung reguliert. Die Hirnanhangdrüse wird vom Hypothalamus kontrolliert,

einer wichtigen Struktur des limbischen Systems.

98


3.3 Biologie und Verhalten

nieren wichtig, wobei sie in einigen Lebensphasen

und in einigen Situationen wichtiger sind als in anderen.

Hormone beeinflussen unser Körperwachstum.

Sie initiieren, erhalten und beenden die Entwicklung

von primären und sekundären Geschlechtsmerkmalen;

sie beeinflussen Erregungsniveau und Bewusstsein;

sie dienen als Basis für Stimmungsschwankungen

und sie regulieren den Stoffwechsel, das

Ausmaß, in dem der Körper seine Energiereserven

einsetzt. Das endokrine System fördert das Überleben

des Organismus, indem es beim Kampf gegen Infektionen

und Krankheiten hilft. Es begünstigt über die

Regulation des Sexualtriebs, die Produktion von Fortpflanzungszellen

und die Produktion von Milch bei

stillenden Müttern das Überleben der Spezies . Wir

können also nicht ohne ein effektives endokrines System

überleben.

Endokrine Drüsen reagieren auf die Konzentration

von chemischen Stoffen im Blut oder werden von anderen

Hormonen oder von Nervenimpulsen aus dem

Gehirn angeregt. Dann werden Hormone in das Blut

abgesondert und wandern zu mitunter weit entfernten

Zielzellen, die mit spezifischen Rezeptoren ausgestattet

sind; Hormone üben ihren Einfluss auf die chemische

Regulation des Körpers nur an den Stellen aus,

die genetisch dazu bestimmt sind, auf sie anzusprechen.

Durch das Beeinflussen unterschiedlicher, aber

spezifischer Zielorgane oder Gewebestrukturen können

Hormone eine enorme Bandbreite an biologischen

Prozessen steuern. Dieses vielfältig agierende Kommunikationssystem

ermöglicht die Kontrolle langsamer,

kontinuierlicher Prozesse wie der Aufrechterhaltung

des Blutzuckerspiegels und des Kalziumspiegels, des

Kohlenhydratstoffwechsels und des allgemeinen Körperwachstums.

Doch was passiert in Krisenzeiten?

Das endokrine System entlässt auch das Hormon Adrenalin

in die Blutbahn; Adrenalin mobilisiert unseren

Körper, so dass wir schnell auf Herausforderungen

reagieren können.

Wie wir schon erwähnten, dient die Hirnstruktur

des Hypothalamus als Schaltstelle zwischen dem endokrinen

System und dem zentralen Nervensystem.

Spezialisierte Zellen im Hypothalamus erhalten Botschaften

von anderen Zellen mit dem Befehl, eine Reihe

verschiedener Hormone an die Hirnanhangdrüse

zu senden, wo sie die Freisetzung von anderen Hormonen

stimulieren oder hemmen. Hormone werden

in unterschiedlichen Körperregionen gebildet. Diese

„Produktionsstätten“ erzeugen eine Vielzahl von Hormonen,

und jedes von ihnen reguliert unterschiedliche

Prozesse des Körpers, wie Tabelle 3.1 zeigt.

Betrachten wir den bedeutendsten dieser Prozesse.

Die Hirnanhangdrüse wird oft als „wichtigste aller

Drüsen“ bezeichnet, weil sie etwa zehn verschiedene

Arten von Hormonen produziert, welche die Sekrete

aller anderen endokrinen Drüsen beeinflussen. Darüber

hinaus erzeugt die Hirnanhangdrüse ein Hormon,

welches das Wachstum beeinflusst. Das Fehlen dieses

Wachstumshormons hat Kleinwüchsigkeit zur Folge;

ein Überschuss führt zu Riesenwuchs. Beim Mann aktivieren

die Sekrete der Hirnanhangdrüse die Testikel

zur Absonderung von Testosteron , das die Produktion

von Spermien stimuliert. Die Hirnanhangdrüse ist des

Weiteren an der Entwicklung von männlichen sekundären

Geschlechtsmerkmalen wie dem Bartwuchs,

dem Stimmbruch und der körperlichen Reife beteiligt.

Testosteron kann sogar den Aggressions- und Sexualtrieb

steigern. Bei der Frau stimuliert ein Hormon der

Hirnanhangdrüse die Produktion von Östrogen , das

für die hormonelle Kettenreaktion essenziell ist, welche

die Freisetzung von Eizellen aus den Eierstöcken

der Frau anregt und die Frau fruchtbar macht. Diverse

Antibabypillen wirken, indem sie die Mechanismen

in der Hirnanhangdrüse blockieren, die diesen Hormonfluss

kontrollieren, und verhindern so einen Eisprung.

3.3.6 Plastizität und Neurogenese :

Unser Gehirn verändert sich

Sie haben jetzt eine gute allgemeine Vorstellung davon,

wie das Nervensystem arbeitet: Zu jedem Zeitpunkt

kommunizieren Millionen von Neuronen miteinander,

um Körper und Geist am Laufen zu halten.

Was das Gehirn aber noch interessanter macht, ist eine

Folge all dieser neuronalen Kommunikation: Das Gehirn

selbst verändert sich im Laufe der Zeit. Wollen

Sie sich einen Moment Zeit nehmen, um Ihr Gehirn zu

verändern? Blättern Sie ein paar Seiten zurück und

lernen Sie die Definition von Aktionspotenzial auswendig.

Wenn Sie das – oder das Lernen einer beliebigen

anderen Information – geschafft haben, dann

haben Sie bereits eine Modifikation Ihres Gehirns verursacht.

In der Forschung werden Änderungen in der

Hirnleistung als Plastizität bezeichnet. Ein Großteil

der neurowissenschaftlichen Forschung befasst sich

mit den physischen Grundlagen der Plastizität. So

wird beispielsweise untersucht, wie ein Lerneffekt aus

der Bildung neuer Synapsen oder aus der Veränderung

der Kommunikation über bestehende Synapsen resultiert

(Baudry et al., 1999).

Weil die Hirnplastizität von der Lebenserfahrung

abhängt, wird es Sie nicht überraschen, dass Gehirne

99


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

Die wichtigsten endokrinen Drüsen und die

Funktionen der Hormone , die sie produzieren

Tabelle 3.1

Diese Drüsen ...

Hypothalamus

Vordere Hirnanhangdrüse

Hintere Hirnanhangdrüse

Schilddrüse

Nebenschilddrüse

Darm

Bauchspeicheldrüse (Pankreas)

Nebennieren

Eierstöcke

Hoden

produzieren Hormone, die Folgendes regulieren:

Freisetzung der Hormone der Hirnanhangdrüse

Hoden und Eierstöcke

Milchproduktion

Stoffwechsel

Stressreaktionen

Wasserhaushalt

Milchfluss

Kontraktion des Uterus (Wehen)

Stoffwechsel

Wachstum und Entwicklung

Kalziumspiegel

Verdauung

Glukosestoffwechsel

Kampf- oder Fluchtreaktionen

Stoffwechsel

Sexuelle Begierde bei Frauen

Entwicklung weiblicher Geschlechtsmerkmale

Eizellenproduktion

Entwicklung männlicher Geschlechtsmerkmale

Spermienproduktion

Sexuelle Begierde bei Männern

verschiedene Umgebungen und Aktivitäten widerspiegeln.

Eine Forschungsrichtung, die von Mark Rosenzweig

begründet wurde, zeigt, welche Konsequenzen

das Aufwachsen von Ratten in reizarmen

oder reizangereicherten Umgebungen hat (für einen

Überblick siehe Rosenzweig, 1996, 1999). Frühe Versuche

zeigten einen Vorteil für Jungtiere: Der Cortex

von Ratten, die in Umgebungen mit vielen Reizen aufwuchsen,

war im Durchschnitt schwerer und dicker –

positive Attribute – als der ihrer reizarm aufgewachsenen

Geschwister. Die Forschung hat gezeigt, dass die

Menge an Umgebungsreizen auch auf das Gehirn ausgewachsener

Ratten noch Einfluss hat.

AUS DER FORSCHUNG

25 männliche Ratten aus demselben Wurf wurden in ihren

ersten 120 Lebenstagen in kleinen Gruppen gehalten – nach

dieser Zeitspanne sind die Ratten ausgewachsen. Danach

wurden sie in eine von drei Umgebungen verlegt. In der

komplexen Umgebung waren die Ratten zusammen in

einem Käfig untergebracht, „der mit einer Auswahl von

Gegenständen wie Schaukeln, Holzklötzen, Spielzeugautos,

Plastiktunnels und Spiegeln gefüllt war“ (Briones et

al., 2004, S. 131). In der inaktiven Umgebung waren die

Ratten einzeln in ansonsten leeren Käfigen untergebracht.

In der sozialen Umgebung lebten die Ratten zu zweit in

ansonsten leeren Käfigen. Nach 30 Tagen untersuchten

die Experimentatoren den Effekt der Umgebungen auf die

Neuronen im visuellen Cortex. Die Analysen zeigten, dass

die Ratten aus der komplexen Umgebung 21 Prozent mehr

Synapsen pro Neuron aufwiesen als die Ratten aus der sozialen

Umgebung und 27 Prozent mehr als die isolierten

Ratten. Diese Ergebnisse bestätigen, dass reizangereicherte

Umgebungen auch im Gehirn von ausgewachsenen Ratten

noch Veränderungen hervorrufen.

Mithilfe bildgebender Verfahren ist es möglich, sehr spezifische

Unterschiede im Gehirn zu messen, die mit der

individuellen Lebenserfahrung in Zusammenhang ste-

100


3.3 Biologie und Verhalten

hen. Man denke an Musiker, die Geige spielen. Sie müssen

die Finger ihrer linken Hand mit höchster Genauigkeit

kontrollieren können. In Abbildung 3.20 sahen

wir, dass ein beträchtlicher Teil des sensorischen Cortex

für die Finger zuständig ist. Aufnahmen des Gehirns

zeigen, dass die Repräsentation der Finger der

linken Hand bei Geigern im Vergleich zu nicht Geige

spielenden Menschen sogar noch verstärkt ist (Elbert

et al., 1995). Eine solche Verstärkung findet man nicht

für die Finger der rechten Hand, die beim Geigenspiel

keine derart große sensorische Rolle besitzt. Die verbesserte

Repräsentation der Finger der linken Hand

war bei denjenigen Geigern am größten, die das Instrument

vor ihrem 12. Lebensjahr erlernten.

Ein wichtiger Aspekt der Plastizitätsforschung betrifft

Fälle, in denen Menschen oder Tiere durch

Schlaganfälle, degenerative Krankheiten oder Unfälle

Hirn- oder Rückenmarksschäden erlitten haben. Es

gibt hinreichend klinische Beweise dafür, dass sich

das Gehirn manchmal selbst heilen kann. Zum Beispiel

genesen Schlaganfallpatienten, die das Sprechvermögen

verloren haben, im Laufe der Zeit oft wieder.

In manchen Fällen verbleibt dem geschädigten

Hirnareal genug Restkapazität, um eine Erholung zu

ermöglichen; in anderen Fällen übernehmen andere

Hirnareale die Funktionen des geschädigten Bereichs

(Kuest & Karbe , 2002). Die Forschung hat inzwischen

auch mit der Entwicklung von Verfahren begonnen,

die das Gehirn in seinem Heilungsprozess unterstützen.

In den letzten Jahren konzentriert sich die Aufmerksamkeit

dabei auf Stammzellen – unspezialisierte

Zellen, die unter den richtigen Bedingungen dazu

gebracht werden können, als neue Neuronen zu fungieren

(Kintner , 2002; Wilson & Edlund , 2001). Es besteht

die Hoffnung, dass Stammzellen letztlich dazu

dienen können, geschädigtes Gewebe im Nervensystem

durch nachwachsendes neuronales Gewebe zu

ersetzen. Weil die flexibelsten Stammzellen aus Embryonen

und abgetriebenen Föten stammen, ist die

Stammzellenforschung allerdings politisch umstritten.

Forscher sind indes überzeugt, dass die Stammzellenforschung

sogar zu Heilverfahren für Lähmungen

und andere tiefgreifende Fehlfunktionen des Nervensystems

führen könnte. Deshalb ist die scientific community

sehr daran interessiert, einen Weg zu finden,

diese Forschung im Rahmen eines gesellschaftlichen

Konsenses fortzusetzen.

Die Erforschung der Heilungsprozesse im Gehirn

hat in den letzten Jahren durch neue Daten Auftrieb

erhalten. Diese Daten legen nahe, dass Neurogenese –

die Produktion neuer Gehirnzellen aus natürlichen

Stammzellen – auch in den Gehirnen adulter Säugetiere

einschließlich des Menschen stattfindet (Gould &

Gross , 2002; Gross, 2000). Fast einhundert Jahre lang

ist die Neurologie davon ausgegangen, dass im erwachsenen

Säugerhirn keine Neuronen nachwachsen – alles,

was sich in der adulten Phase ereignen könne, sei

das Absterben von Neuronen. Diese Ansicht ist durch

das neue Datenmaterial in Frage gestellt worden. Erinnern

wir uns beispielsweise daran, dass wir den Hippocampus

als eine wichtige Struktur für die Aneignung

bestimmter Arten von Gedächtnisinhalten

identifiziert haben. Nachdem die Forschung inzwischen

Neurogenese im Hippocampus bei Erwachsenen

belegt hat, wird jetzt versucht, die Rolle neu entstandener

Neuronen beim Erhalt dauerhafter Zugänglichkeit

von Gedächtnisspuren zu verstehen (Kempermann

, 2002).

In diesem Kapitel haben wir einen kurzen Blick in

das wundervolle Anderthalb-Kilo-Universum geworfen,

das unser Gehirn ist. Es ist eine Sache, zu erkennen,

dass Verhalten und geistige Vorgänge vom Gehirn

kontrolliert werden, aber eine ganz andere, zu verstehen,

wie es das eigentlich anstellt. Die Neurowissenschaft

untersucht die faszinierende Wechselwirkung

von Gehirn, Verhalten und Umwelt. Sie haben jetzt

das Hintergrundwissen, um neue Forschungsergebnisse

würdigen zu können.

ZWISCHENBILANZ

1 Welche Vorteile hat fMRT gegenüber anderen bildgebenden

Verfahren in der Hirnforschung?

2 Aus welchen zwei Hauptbestandteilen besteht das autonome

Nervensystem?

3 Welche Hauptfunktionen hat die Amygdala?

4 Welche Verarbeitungsweisen zeigen die beiden Hirnhemisphären?

5 Warum wird die Hirnanhangdrüse oft als „wichtigste

aller Drüsen“ bezeichnet?

6 Was ist Neurogenese?

KRITISCHES DENKEN: Warum haben die Experimentatoren

bei der Plastizitätsstudie an adulten Ratten sowohl eine

inaktive als auch eine soziale Kontrollgruppe eingesetzt?

101


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

PSYCHOLOGIE IM ALLTAG

Warum beeinflusst Musik, wie man sich fühlt?

Angenommen, Sie sitzen im Kino und sehen sich

eine Komödie an. Sehr wahrscheinlich wird im

Soundtrack aufmunternde und lebhafte Musik vorkommen

– Musik, die man als „fröhlich“ bezeichnen

könnte. In Saal 2 wird ein Drama von „trauriger“

Musik begleitet. Der Horrorfilm in Saal 3 benutzt

Musik, um ängstliche Spannung zu erzeugen. Hat

Musik wirklich Auswirkungen auf unsere Emotionen?

Die Forschung sucht die Antwort auf diese

Frage im Gehirn.

Wie wir in Kapitel 12 sehen werden, hat es wesentliche

Fortschritte im Verständnis des Verhältnisses

zwischen Hirnaktivität und Gefühlen gegeben. Diese

Ergebnisse bieten einen Hintergrund für die Untersuchung

der Wirkung von Musik auf das Gehirn. Wir

wissen zum Beispiel, dass angenehme und unangenehme

Bilder unterschiedliche Aktivitätsmuster im

Gehirn auslösen (Davidson et al., 2000). Beim Betrachten

angenehmer Reize zeigt das Gehirn vergleichsweise

mehr Aktivität im präfrontalen Cortex

(dem vorderen Bereich der Frontallappen) der linken

Hirnhälfte; unangenehme Stimuli lösen dagegen

stärkere Aktivität in der entsprechenden Region der

rechten Hirnhälfte aus. Folgt Musik demselben Schema?

Um dies herauszufinden, zeichneten Forscher

EEG-Daten von Studierenden auf, die sich angenehme

(lebhafte und fröhliche) oder unangenehme (unheimliche

oder traurige) Musik anhörten (Schmidt &

Trainor , 2001). Die Musikstücke erzeugten dieselben

Asymmetrien in der Gehirnaktivität wie sie für andere

Stimuli gefunden wurden. Diese Ergebnisse zeigen,

dass beispielsweise fröhliche Musik einen

glücklich stimmt, weil sie dieselben Hirnareale aktiviert

wie andere Reize, die Glücksgefühle auslösen.

Aber welche Bestandteile der Musik lassen sie eigentlich

fröhlich oder traurig klingen? Ein wichtiger

Unterschied ist das Tempo: Schnellere Musik wirkt

im Allgemeinen fröhlicher als langsame. Um die

Auswirkungen verschiedener Tempi zu erfassen,

werteten die Experimentatoren wieder die EEG-Aufzeichnungen

Musik hörender Studierender aus. In

diesem Fall waren die Musikstücke entweder relativ

schnell oder relativ langsam (Tsang et al., 2001).

Auch hier zeigte das Gehirn eine asymmetrische Aktivität.

In einer Entsprechung zu den früheren Ergebnissen

ergab ein „fröhlicheres“ Tempo höhere Aktivität

im linken Frontalcortex, während „traurigeres“

Tempo vergleichsweise stärkere Aktivität in der

rechten Hirnhälfte auslöste.

Betrachten wir noch einen weiteren Aspekt von

Emotion und Musik. Haben Sie jemals Musik gehört,

die so schön war, dass sie davon eine Gänsehaut bekamen?

Um dieses Phänomen zu erforschen, baten die

Forscher zehn Studierende, ihre eigene „Gänsehaut-

Musik“ ins Labor mitzubringen (Blood & Zatorre ,

2001). Während die Probanden abwechselnd ihrer

Lieblingsmusik und neutralen Musikstücken lauschten,

wurden sowohl ihre physiologische Erregung

(z.B. Herzfrequenz und Atmung) als auch die Hirnaktivität

(mit PET-Scans) überwacht. Die physiologischen

Daten bestätigten die Realität der Gänsehaut:

Gegenüber dem Hören neutraler Musik war die Herzund

Atemfrequenz beim Hören der Lieblingsmusik

erhöht. Die PET-Scans zeigten, dass die Gänsehautempfindung

von verstärkter Hirnaktivität in Bereichen

begleitet war, die angenehme emotionale Erregung

signalisieren – je intensiver die Gänsehaut,

desto aktiver wurden diese Areale. Die Forscher erklärten

die Bedeutung dieser Ergebnisse: „Die Musik

bedient sich neuronaler Belohnungs- und Emotionsmechanismen

ähnlich derer, die speziell auf biologisch

relevante Stimuli reagieren, wie etwa Nahrung

und Sex, und derer, die künstlich durch Drogen aktiviert

werden. Das ist recht bemerkenswert, weil Musik

weder für das biologische Überleben oder für die

Fortpflanzung notwendig, noch eine pharmakologische

Substanz ist“ (S. 11823).

Wenn Ihnen das nächste Mal Musik einen Schauer

über den Rücken jagt, denken Sie daran, wie Ihr

Gehirn genau beteiligt ist.

102


Zusammenfassung

Z U S A M M E N F A S S U N G

Vererbung und Verhalten

Arten entstehen und verändern sich mit der Zeit

aufgrund der natürlichen Selektion.

Bei der Evolution des Menschen waren der aufrechte

Gang auf zwei Beinen und die Ausbildung

des Großhirns für anschließende Fortschritte

wie Sprache und Kultur verantwortlich.

Die Basiseinheit der Vererbung ist das Gen. Gene

legen das Ausmaß der Auswirkungen fest, die

Faktoren der Umwelt auf die Ausbildung phänotypischer

Merkmale haben können.

Das Nervensystem in Aktion

Das Neuron, die Basiseinheit des Nervensystems,

empfängt, verarbeitet und überträgt Informationen

auf andere Zellen, Drüsen und Muskeln.

Neurone übertragen Informationen von den Dendriten

über den Zellkörper (Soma) und das Axon

hin zu den Endknöpfchen.

Sensorische Neurone erhalten von speziellen Rezeptorzellen

Botschaften und senden sie an das

ZNS. Motorneurone leiten Botschaften vom ZNS

zu Muskeln und Drüsen. Interneurone übertragen

Informationen von sensorischen Neuronen

auf andere Interneurone oder auf Motorneurone.

Überschreitet einmal die Summe der Inputs

eines Neurons eine spezifische Schwelle, wird

ein Aktionspotenzial das Axon entlang bis hin

zum Endknöpfchen gesendet.

Alles-oder-Nichts-Aktionspotenziale werden erzeugt,

wenn die Öffnung der Ionenkanäle einen

Austausch von Ionen durch die Zellmembran

hindurch ermöglicht.

Neurotransmitter werden in den synaptischen

Spalt zwischen Neuronen ausgeschüttet. Diffundieren

sie durch den Spalt, binden sie an die Rezeptormoleküle

der postsynaptischen Membran.

Ob diese Neurotransmitter die Membran erregen

oder hemmen, hängt von der Beschaffenheit der

Rezeptormoleküle ab.

Biologie und Verhalten

Neurowissenschaftler setzen verschiedene Methoden

zur Erforschung der Beziehung zwischen Gehirn

und Verhalten ein: Sie untersuchen Patienten

mit Hirnschädigungen, sie erzeugen Läsionen an

bestimmten Stellen im Gehirn, sie stimulieren das

Gehirn elektrisch, sie zeichnen Hirnaktivität auf

und sie erzeugen am Computer Bilder vom Gehirn.

Hirn und Rückenmark bilden das Zentralnervensystem

(ZNS).

Das periphere Nervensystem (PNS) besteht aus

allen Neuronen, die das ZNS mit dem Körper verbinden.

Das PNS setzt sich aus dem somatischen

Nervensystem, das die Skelettmuskulatur des

Körpers steuert, und dem autonomen Nervensystem

(ANS), das lebenserhaltende Prozesse reguliert,

zusammen.

Das Hirn besteht aus drei integrierten Schichten:

dem Hirnstamm, dem limbischen System und

dem Großhirn.

Der Hirnstamm ist für Atmung, Verdauung und

Herzschlag verantwortlich.

Das limbische System ist an Langzeitgedächtnis,

Aggression, Essen, Trinken und Sexualverhalten

beteiligt.

Das Großhirn kontrolliert höhere mentale Funktionen.

Einige Funktionen sind auf eine Hemisphäre des

Gehirns lateralisiert. Bei den meisten Menschen

sitzt beispielsweise die Sprache in der linken Hemisphäre.

Obwohl die beiden Hemisphären reibungslos zusammenarbeiten,

verkörpern sie typischerweise

unterschiedliche Verarbeitungsstile: Die linke

Hemisphäre arbeitet eher analytisch, die rechte

eher holistisch.

Das endokrine System produziert Hormone und

entlässt sie in die Blutbahn.

Hormone tragen dazu bei, Wachstum, primäre

und sekundäre Geschlechtsmerkmale, Stoffwechsel,

Verdauung und Erregungsniveau zu regulieren.

Das Wachstum neuer Zellen und Lebenserfahrungen

beeinflussen die Umbildung des Gehirns

nach der Geburt.

Z U S A M M E N F A S S U N G

103


3 Die biologischen und evolutionären Grundlagen des Verhaltens

SCHLÜSSELBEGRIFFE

Aktionspotenzial (S. 78)

Alles-oder-Nichts-Gesetz (S. 78)

Amygdala (S. 93)

Assoziationscortex (S. 95)

Auditorischer Cortex (S. 95)

Autonomes Nervensystem (ANS) (S. 89)

Axon (S. 75)

Broca-Areal (S. 84)

Brücke (Pons) (S. 92)

Cerebellum (Kleinhirn) (S. 92)

Cerebrale Hemisphären (S. 93)

Cerebraler Cortex (Großhirnrinde) (S. 93)

Cerebrum (Großhirn) (S. 93)

Corpus callosum (S. 93)

Dendriten (S. 75)

DNS (Desoxyribonukleinsäure) (S. 72)

Elektroenzephalogramm (EEG) (S. 87)

Endknöpfchen (S. 76)

Endokrines System (S. 98)

Erblichkeit (S. 72)

Evolutionäre Psychologie (S. 74)

Exzitatorischer Input (S. 77)

Formatio reticularis (S. 92)

Frontallappen (S. 93)

Funktionale MRT (fMRT) (S. 87)

Gene (S. 72)

Genetik (S. 71)

Genom (S. 72)

Genotyp (S. 69)

Geschlechtschromosomen (S. 72)

Gliazellen (S. 76)

Großhirn (S. 93)

Hippocampus (S. 92)

Hirnanhangdrüse (S. 99)

Hirnstamm (S. 92)

Homöostase (S. 93)

Hormone (S. 98)

Hypothalamus (S. 93)

Inhibitorischer Input (S. 77)

Interneurone (S. 76)

Ionenkanäle (S. 78)

Läsionen (S. 85)

Limbisches System (S. 92)

Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) (S. 87)

Medulla oblongata (S. 92)

Motorischer Cortex (S. 94)

Motorneurone (S. 76)

Natürliche Selektion (S. 67)

Neurogenese (S. 101)

Neuromodulator (S. 83)

Neuron (S. 75)

Neurotransmitter (S. 80)

Neurowissenschaft (S. 75)

Okzipitallappen (S. 93)

Östrogen (S. 99)

Parasympathisches Nervensystem (S. 90)

Parietallappen (S. 93)

Peripheres Nervensystem (PNS) (S. 98)

Phänotyp (S. 69)

Plastizität (S. 99)

Positronen-Emissions-Tomographie (S. 87)

Refraktärphase (S. 79)

Repetitive transkraniale Magnetstimulation (rTMS)

(S. 85)

Ruhepotenzial (S. 78)

Sensorische Neurone (S. 76)

104


Schlüsselbegriffe

Soma (S. 75)

Somatisches Nervensystem (S. 89)

Somatosensorischer Cortex (S. 94)

Soziobiologie (S. 74)

Sympathisches Nervensystem (S. 90)

Synapse (S. 80)

Synaptische Übertragung (S. 80)

Temporallappen (S. 93)

Testosteron (S. 99)

Thalamus (S. 92)

Vererbung (S. 71)

Verhaltensgenetik (S. 72)

Visueller Cortex (S. 95)

Zentrales Nervensystem (ZNS) (S. 88)

Übungsaufgaben, Lö sungen und weitere

Informationen zu diesem Buchkapitel finden

Sie auf der Companion-Website unter

http://www.pearson-studium.de

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